焦必宁研究员团队建立了一种基于CRISPR-Cas12a的荧光法快速灵敏检测农产品中有机磷农药残留

　　近日，西南大学柑桔研究所质检中心焦必宁研究员团队在国际期刊Food Chemistry发表题为“CRISPRCas12a based fluorescence assay for organophosphorus pesticides in agricultural products”的研究论文（https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.132919）。我所硕士研究生付瑞杰为文章第一作者，焦必宁研究员和何悦教授为文章共同通讯作者。本研究得到国家重点研发项目课题和现代农业（柑橘）产业技术体系等项目资助。

 

　　在农业生产中，有机磷农药被广泛用于防治植物病虫草害，对农业增产有益。但不恰当的使用会对环境造成污染，对人和动物造成危害。有机磷农药属于一种神经毒物，可对人和动物体内中枢神经的乙酰胆碱酯酶（AChE）活性产生不可逆的抑制作用，从而引起神经递质乙酰胆碱的累积，造成神经功能的紊乱。因此，对农产品中的有机磷农药残留进行快速、灵敏、准确的检测，对维护食品安全和农业生态环境具有重要的理论和现实意义。

 

　　近期，作为新一代基因编辑技术的CRISPR-Cas12a在核酸诊断领域展现出了巨大的应用前景。Cas12a 蛋白在同源CrRNA 识别靶标DNA 之后，不仅能特异性地切割靶标DNA，还可非特异性地切割周围任何单链DNA（ssDNA）。CRISPR-Cas12a系统具有具有精准切割、价格低廉、功能强大、便于操作等显著优点，现已被科学家创新性地引入到核酸快速检测领域，成为现有核酸诊断技术的巨大突破。得益于CRISPR-Cas12a高效的酶切活性，加之与各种DNA 扩增技术相结合，使得CRISPR-Cas12a 系统对DNA 的检测灵敏度低至aM水平。然而，将CRISPR-Cas12a应用于有机磷农药残留检测还未见报道。

 

　　为了实现这个目标，该工作创新性地将对有机磷农药的特异性识别事件转化为对CRISPR-Cas12a的酶切活性调控事件，提出了一种基于双酶级联催化调控CRISPR-Cas12a 酶切活性的荧光检测新方法，实现了有机磷农药的灵敏检测。在最优条件下，该方法对对氧磷、敌敌畏和内吸磷的检出限分别为270、406 和218 pg/mL。在柑橘类水果和卷心菜样品中三个加标浓度水平下，其平均回收率为96.43~100.85%，相对标准偏差 （RSD, n=3） 低于5.6%。在该工作中，MnO2纳米片及Mn2+依赖的DNAzyme成为了衔接有机磷农药特异性识别与CRISPR-Cas12a酶切活性的桥梁，首次实现了CRISPR-Cas12a在农药残留检测领域的应用。得益于MnO2纳米片优异的物理性能和三轮酶促信号放大策略的有机结合，该方法在农产品中有机磷农药残留检测领域呈现出较好的应用潜力。