上海交大冯雁教授：新型超高灵敏度多重核酸检测技术，开启分子诊断技术新思路！
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近年来，分子诊断和核酸检测引起各界广泛关注，研发特异性富集靶标序列的新型核酸酶，建立高灵敏度、多重和简便的新型核酸检测技术，对基础研究和临床应用都具有重要意义。日前，上海交通大学生命科学技术学院冯雁教授团队基于高温Argonaute核酸酶的研究，提出一种新型“A-Star” 低丰度SNV核酸富集技术，发展了“一管式”PCR多重核酸富集和检测的新策略，推动了具有我国自主知识产权的新型诊断技术进展。
基于此，MDx组委特邀冯雁教授进行深度专访，冯教授也将出席于2021年5月20-21日在上海新发展亚太JW万豪酒店召开的分子诊断年度盛会“MDx2021第七届先进分子诊断技术与应用论坛”分享《基于Argonaute核酸酶的超灵敏多重核酸检测新技术》的最新研究成果与进展。
冯雁教授
上海交通大学生命科学技术学院常务副院长
交弘生物科技(上海)有限公司首席科学家
上海交通大学特聘教授（博士生导师）；微生物代谢国家重点实验室副主任；中国生物化学与分子生物学会常务理事;酶学专业委员会主任。
冯雁教授主要致力于分子酶学和合成生物学领域的研究。在国家重点基础研究发展计划(973计划)、科技部重大专项、自然科学基金重点项目等支持下，从微生物酶结构与功能关系、高温酶稳定性及底物特异性等分子机制探究，发展了酶活性中心理性设计、酶家族共进化等分子改造新策略，构建了优于自然酶的突变体库，促进了药物、天然产物等生物合成。近年来，着重对新型微生物基因编辑酶的研究，发展了针对SNV富集及检测的A-Star技术和病原微生物的RADAR技术体系，助力重大疾病核酸标志物的检出与疗效评估，打破核酸检测核心技术的国际垄断，为国民健康服务。
MDx组委：在分子酶学和合成生物学领域具有丰富研究经验，请您简单聊聊基于您的研究，在分子诊断应用领域的思考与看法？
冯雁教授：
酶是生物体内复杂化学反应体系的执行者，其催化多样性、高效性和精准性确保了生命体有序地运转，也为现代生物产业提供了生物催化剂；微生物多样性更是为新型生物催化、合成生物学元件募集提供了丰富资源。我本人长期从事分子酶学工程研究，发现酶分子的精密性结构对于其功能的重要影响，对酶分子进化规律的理解有助于构建“高活性、高稳定性和高特异性”的“三高”生物催化剂。我们设计构建的新型氨基转移酶、糖苷酶以及多酶组装体对药物合成（伏格列波糖等）、环境保护（农药检测等）等难题提出了新的解决方案，推动了生物技术领域的发展。
分子诊断是当代医学的前沿领域之一，促进了传染病、遗传病、肿瘤等疾病的早诊及伴随诊断，也为治疗提供了指导。尤其是近年来核酸诊断的发展日新月异，在很大程度上得益于新酶功能的发现和应用技术的建立，如等温扩增聚合酶和CRISPR-Cas系统，使得核酸检测的灵敏度更高。然而这些分子诊断用酶及检测技术多源自欧美等发达国家，而且对体液中痕量SNV、病原体等检测灵敏度有限。去年新冠爆发，更显示了严重依赖进口酶制剂等“卡脖子”技术的困境。因此，开发具有中国自主知识产权的新型酶制剂及相应的高灵敏度检测技术，将为我国分子诊断行业提供安全的战略保障。
我们自2016年起就开始关注分子诊断领域，期望通过努力，能发展新型高灵敏度、多重核酸检测新技术，造福人类。功夫不负有心人，经过团队多年耕耘，我们从嗜热微生物中获得了可与PCR耦联的Argonaute核酸酶，建立了针对肿瘤SNV富集及检测灵敏度高达0.01%的A-Star技术；同时针对酶所具有的级联催化特性，建立了针对病原微生物检测的RADAR新技术。
MDx组委：相比于Cas酶，新型Argonaute核酸酶在核酸检测领域存在哪些优势与应用前景？
冯雁教授：
微生物CRISPR/Cas基因编辑系统的应用是生命科学的热门技术，尤其是近年来MIT张锋、UC Berkeley Jennifer A. Doudna、中科院赵国屏院士、王金教授等都成功开发了基于CRISPR Cas12/13的基因检测技术，并应用于病原体检测和基因分型、癌症突变检测等方面。然而，基于CRISPR 系统的核酸检测技术仍存在许多挑战，如CRISPR对检测基因有特定PAM/PFS序列限制、多重检测需要多酶参与、RNA guide合成价格昂贵且体外不稳定、对单碱基分型直接读取的信号区分度有限等。
Argonaute与CRISPR核酸酶在催化反应时有相似之处，即guide介导的核酸酶活性、可精准剪切核酸。然而，Argonaute核酸酶优势在于：
（1）没有PAM/PFS序列限制，因此可设计guide对任意靶标核酸进行特异性剪切，而且单酶可应用多种guide介导实现多重检测；
（2）以DNA为guide，克服了Cas使用RNA guide所产生的费用高、不稳定等问题；
（3）独特的DNA次级剪切活性，可实现循环、放大的反应效应，提高检测灵敏度；
（4）嗜热微生物Argonaute具有极高的稳定性，可以和PCR进行耦联。
我们综合利用这些独特的催化特性，通过筛选Argonaute核酸酶，以及独特的guide设计技术，A-Star技术实现了PCR过程中肿瘤SNV基因的选择性扩增，在血液及组织临床标本检测中得到验证；利用Argonaute次级剪切活性，结合等温扩增技术，建立了RADAR一管式多重核酸检测新技术，实现了HPV、新冠病毒等快速、可便携式的多重检测。
MDx组委：也请您分享下您和团队在微生物检测，感染诊断领域的研究进展与计划思路？
冯雁教授：
本团队建立的基于Argonaute核酸酶高灵敏度、高特异性的分子诊断平台，形成了多项具有我国自主知识产权的核酸检测新技术专利。我们目前建立的交弘生物科技有限公司，旨在将A-Star基因富集及检测技术应用于SNV、SNP分型等多类型低丰度核酸检测试剂盒的开发上，形成对肺癌等早诊和用药伴随诊断的试剂盒；针对病原微生物的RADAR快速检测技术，将发展新冠、流感等多病毒、病原菌快速分型、检测的试剂盒。
A-Star核酸富集和检测技术可实现模块化设计，具有兼容并提升现有基因检测技术（PCR、测序及核酸质谱技术等）的性能，将为医疗领域（医学基础研究、生殖健康、肿瘤筛查、遗传病检测等）和非医疗领域（司法鉴定、农牧业育种、动物疫病检测、监测等）的高灵敏度、快速、多重基因检测提供新方案和新产品。
MDx组委：感谢冯教授的精彩分享！敬请期待冯教授在会议现场带来更多专业分享！
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