Recombinase Polymerase Amplification： from Principle to Performance

doi:10.7503/cjcu20200592

Abstract

Abstract:

DNA amplification is essential to most nucleic acid testing（NAT）. There is no doubt that polymerase chain reaction（PCR） is the benchmark technology for DNA amplification， but is mainly performed in centralized laboratories. Recombinase polymerase amplification（RPA）， as one of the most promising isothermal amplification technologies， can break through laboratory boundaries for nucleic acid testing， since it is less instrument-dependent and easier access to resource-limited areas， namely， suitable for point-of-care testing（POCT） applications. As a developing technology， RPA also has several defects， which hind its widespread applications and development. Here， we make a summary on the principle and performance of RPA， with particular interest on the key process of the primer recombination and the dynamic balance of ATP that guide the eventual performance. Besides， several critical issues and potential points for further improving the performance of RPA were also summarized.

Key words: Recombinase polymerase amplification（RPA）, DNA, Diagnosis, Point-of-care testing

CLC Number:

O657

TrendMD:

LI Xianming, ZHENG Ting, GAO Lu, LI Feng, HOU Xiandeng, WU Peng. Recombinase Polymerase Amplification： from Principle to Performance[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(12): 2587.

Figures/Tables 7

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Category	Strategy I	Strategy II	Function description
Recombinase	uvsX	RecA	DNA?dependent ATPase, the key protein for DNA strand exchange
ssDNA binding proteins	gp32	SSB	Melting the secondary structure of primers to decrease undesirable interactions
Accessory proteins	uvsY	RecF, RecO	Assisting the loading of recombinase on primer
Crowding agents	PEGs, dectran, ficoll		Accelerating the RP process and primer extending
Polymerase	T4 polymerase, Bsu DNA polymerase I, etc.		Extending the primer and displacement of the complementary strand of templates
ATP regeneration	Phosphocreatine and creatine		Transforming ADP into ATP
Reverse transcriptase	Mu?MLV reverse transcriptase		Converting RNA templates to ssDNA

Category	Strategy I	Strategy II	Function description
Recombinase	uvsX	RecA	DNA?dependent ATPase, the key protein for DNA strand exchange
ssDNA binding proteins	gp32	SSB	Melting the secondary structure of primers to decrease undesirable interactions
Accessory proteins	uvsY	RecF, RecO	Assisting the loading of recombinase on primer
Crowding agents	PEGs, dectran, ficoll		Accelerating the RP process and primer extending
Polymerase	T4 polymerase, Bsu DNA polymerase I, etc.		Extending the primer and displacement of the complementary strand of templates
ATP regeneration	Phosphocreatine and creatine		Transforming ADP into ATP
Reverse transcriptase	Mu?MLV reverse transcriptase		Converting RNA templates to ssDNA

Assay^a	Primer number	Temperature/℃	Reaction/min	Detection formats^b	Target	Reagent format	Multiplex	Ref.
NASBA	2	41	105	RTF, NALF	RNA(DNA)	Liquid	Y	[56]
TMA	2	60	140	RTF	RNA(DNA)	Liquid	Y	[57]
SMART	2	41	140	RTF	RNA, DNA	Liquid	N/A	[58]
LAMP	4	60—65	60—90	RTF, NALF, RTT, TE	RNA, DNA	Liquid	N/A	[59,60]
CPA	4	65	65	RTF, NALF	DNA	Liquid	N/A	[61]
RCA	1, 2	65	60	RTF	RNA, DNA	Liquid	N/A	[62]
RAM	1	63	120—180	RTF	RNA, DNA	Liquid	N/A	[63]
SDA	2	37	120	RTF, NALF	RNA, DNA	Liquid	Y	[64,65]
NEAR	4	55	10	RTF, NALF	RNA, DNA	Liquid	Y	[66]
NEMA	4	65	30	NALF	DNA	Liquid	N/A	[67]
ICA	2	60	60	RTF	DNA	Liquid	N/A	[68]
EXPAR	1	55	10—20	RTF, NALF	DNA	Liquid	Y	[69,70]
HDA	2	65	75—90	RTF, NALF	RNA, DNA	Liquid	Y	[71,72]
RPA	2	30—42	20	RTF, NALF	RNA, DNA	Liquid, lyophilized	Y	[10,73]

Assay^a	Primer number	Temperature/℃	Reaction/min	Detection formats^b	Target	Reagent format	Multiplex	Ref.
NASBA	2	41	105	RTF, NALF	RNA(DNA)	Liquid	Y	[56]
TMA	2	60	140	RTF	RNA(DNA)	Liquid	Y	[57]
SMART	2	41	140	RTF	RNA, DNA	Liquid	N/A	[58]
LAMP	4	60—65	60—90	RTF, NALF, RTT, TE	RNA, DNA	Liquid	N/A	[59,60]
CPA	4	65	65	RTF, NALF	DNA	Liquid	N/A	[61]
RCA	1, 2	65	60	RTF	RNA, DNA	Liquid	N/A	[62]
RAM	1	63	120—180	RTF	RNA, DNA	Liquid	N/A	[63]
SDA	2	37	120	RTF, NALF	RNA, DNA	Liquid	Y	[64,65]
NEAR	4	55	10	RTF, NALF	RNA, DNA	Liquid	Y	[66]
NEMA	4	65	30	NALF	DNA	Liquid	N/A	[67]
ICA	2	60	60	RTF	DNA	Liquid	N/A	[68]
EXPAR	1	55	10—20	RTF, NALF	DNA	Liquid	Y	[69,70]
HDA	2	65	75—90	RTF, NALF	RNA, DNA	Liquid	Y	[71,72]
RPA	2	30—42	20	RTF, NALF	RNA, DNA	Liquid, lyophilized	Y	[10,73]

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