Development of Nucleic Acid Isothermal Amplification Technologies for Virus Detection

doi:10.7503/cjcu20240139

Abstract

Abstract:

Viruses play a significant role in causing human diseases， and traditional PCR techniques have been widely used for their molecular diagnosis. However， the temperature requirements of PCR limit its application in field diagnostics. To address the need for rapid on-site diagnosis， isothermal nucleic acid amplification technologies have emerged as a promising alternative. These technologies enable nucleic acid amplification at a constant temperature without the need for thermal cycling， making them more adaptable for different diagnostic settings. This comprehensive review examines the latest advancements in isothermal amplification technologies for virus detection. It covers various aspects， including viral sample collection， nucleic acid extraction， and isothermal amplification detection. The review explores the principles， key parameters， and applications of enzyme-assisted isothermal amplification， enzyme-free isothermal amplification， and cascade amplification techniques integrated with multiple systems. Furthermore， a comparison of commercially available reagent kits is provided to highlight their respective characteristics. Additionally， the review discusses the current challenges faced by isothermal nucleic acid amplification technologies in pathogen detection， such as extraction efficiency， stability， and cost， and proposes future directions to enhance the on-site diagnostic efficacy of these technologies.

Key words: Isothermal amplification technology, CRISPR assay, Nucleic acid amplification, Environmental viruses, Virus detection

CLC Number:

TrendMD:

XIAO Hang, WANG Xiaoyan, DENG Zhaojia, LIAO Wenjing, XIE Wenjing, PENG Hanyong. Development of Nucleic Acid Isothermal Amplification Technologies for Virus Detection[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(7): 20240139.

Figures/Tables 9

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Method	Enzymes	Temperature/℃	Reaction time/h	Efficiency	Ref.
NASBA	2	ca. 41	1.5—2	10⁶—10⁹	［73］
RCA	2	60—65	1—3	10³—10⁹	［76］
SDA	2	37—70	2	10⁷	［74］
LAMP	1	60—65	1—2	10⁷—10⁹	［56］
HDA	2	37—65	0.5—2	10⁶	［80］
RPA	3	37—42	0.5—1.5	10⁷—10⁹	［57］
EXPAR	2	60	<0.5	10⁶—10⁸	［58］
CHA	—	25—37	1	7000（two layers）	［85］
HCR	—	25—37	—	—	［83］
EDC	—	25—37	1	—	［84］

Method	Enzymes	Temperature/℃	Reaction time/h	Efficiency	Ref.
NASBA	2	ca. 41	1.5—2	10⁶—10⁹	［73］
RCA	2	60—65	1—3	10³—10⁹	［76］
SDA	2	37—70	2	10⁷	［74］
LAMP	1	60—65	1—2	10⁷—10⁹	［56］
HDA	2	37—65	0.5—2	10⁶	［80］
RPA	3	37—42	0.5—1.5	10⁷—10⁹	［57］
EXPAR	2	60	<0.5	10⁶—10⁸	［58］
CHA	—	25—37	1	7000（two layers）	［85］
HCR	—	25—37	—	—	［83］
EDC	—	25—37	1	—	［84］

Product	Technique	Target	Cost	Testing time	Type	Biotech company	Ref.
NucliSens EasyQ	NASBA	virus RNA	$50， 000	1 h	Automated analysis methods	Biomeriux	［128］
OligoC⁃TesT	NASBA	Leishmania parasites DNA	$26/test	1 h	Kit	Coris Bio Concept， Belguim	［126］
BESt Cassette Type II	HDA	Staphylococcus aureus DNA	$10/test	1 h	Kit	BioHelix， USA	［129］
Illumigene（Alethia）	LAMP	Clostridium difficile DNA	$30.6/test	40 min	Kit	Meridian Bioscience， USA	［130］
Loopamp MTBC Detection Kit^®	LAMP	Mycobacterium tuberculosis DNA	$5.7/test	30 min	Kit	Eiken Chemical Co， Japan	［131］
Eazyplex^®	LAMP	Bacterial pathogens	—	30 min	Kit	Amplex Diagnostics GmbH， Germany	［123］
3M^TM Molecular Detection System	LAMP	Salmonella DNA	—	75 min	Kit	3M， USA	［132］
Genie III	LAMP	Ebola virus RNA	$13， 000	15-20 min	Automated analysis methods	OptiGene， UK	［133］
Solana^®	HDA	Trichomonas DNA	—	1 h	Kit	Quidel Corporation， USA	［79］
BD ProbeTec^TM	SDA	Chlamydia trachomatis， gonorrhoeae DNA	—	3 h	Kit/Automated analysis methods	BD Diagnostics， USA	［134］

Product	Technique	Target	Cost	Testing time	Type	Biotech company	Ref.
NucliSens EasyQ	NASBA	virus RNA	$50， 000	1 h	Automated analysis methods	Biomeriux	［128］
OligoC⁃TesT	NASBA	Leishmania parasites DNA	$26/test	1 h	Kit	Coris Bio Concept， Belguim	［126］
BESt Cassette Type II	HDA	Staphylococcus aureus DNA	$10/test	1 h	Kit	BioHelix， USA	［129］
Illumigene（Alethia）	LAMP	Clostridium difficile DNA	$30.6/test	40 min	Kit	Meridian Bioscience， USA	［130］
Loopamp MTBC Detection Kit^®	LAMP	Mycobacterium tuberculosis DNA	$5.7/test	30 min	Kit	Eiken Chemical Co， Japan	［131］
Eazyplex^®	LAMP	Bacterial pathogens	—	30 min	Kit	Amplex Diagnostics GmbH， Germany	［123］
3M^TM Molecular Detection System	LAMP	Salmonella DNA	—	75 min	Kit	3M， USA	［132］
Genie III	LAMP	Ebola virus RNA	$13， 000	15-20 min	Automated analysis methods	OptiGene， UK	［133］
Solana^®	HDA	Trichomonas DNA	—	1 h	Kit	Quidel Corporation， USA	［79］
BD ProbeTec^TM	SDA	Chlamydia trachomatis， gonorrhoeae DNA	—	3 h	Kit/Automated analysis methods	BD Diagnostics， USA	［134］

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