今天小編和大家分享一篇中國-第三軍醫大學西南醫院發表在Nature Communications上的一項突破性成果——TRACKer（Target-Responsive non-preAmplification Cell-free diagnostic Kit），一種低成本、可擴展的解決方案。研究團隊憑借CFPS（無細胞蛋白表達）技術將整個檢測流程壓縮至70分鐘（CFPS試劑盒來自蘇州珀羅汀生物技術有限公司）。

呼吸道病毒無處不在，是人類社會中最常見、傳播廣的傳染病之一。當前呼吸道病毒核酸檢測技術，難以同時滿足精準定量與快速篩查的雙重需求，核心痛點包括：

1. 依賴預擴增，流程繁瑣：RT-qPCR、LAMP 等技術需先擴增靶標核酸，不僅耗時，還容易造成污染，且需專業實驗室與溫控設備，基層與現場難以開展。

2. 通用性差，設計成本高：主流無細胞核糖調節器（如 toehold 開關）需針對每種病原體重新建模、反復實驗優化，開發周期長、擴展性差，無法快速適配多種病毒檢測。

3. 靈敏度與便攜性難兼得：快速抗原檢測雖然便攜但靈敏度低；高靈敏度核酸檢測又離不開大型儀器，難以實現 “即時、精準" 檢測。

TRACKer是基于從頭設計核酶調控的無細胞診斷平臺，其在同一檢測體系中結合了核酶切換與互補鏈置換技術（圖1）。得益于CFPS（無細胞蛋白表達）技術，無需預擴增即可達到Attomolar級別的靈敏度。此外，研究團隊針對6 種常見呼吸道病毒，系統驗證了 TRACKer 性能。

• 核酶變構模塊：基于 HH15 核酶設計，通過鏈置換介導核酶構象切換，實現通用靶標識別。無靶標時，IRS 鏈結合核酶抑制其活性；靶標 RNA 存在時，靶標與 IRS 特異性結合，置換 IRS 并激活核酶。

  
  

• 核糖調節器激活模塊：激活的核酶切割底物，暴露核糖體結合位點（RBS），啟動CFPS體系中報告蛋白級聯表達，將單個靶標識別事件放大為大量報告分子，實現無預擴增高靈敏度檢測。

  
  

• 輸出模塊：支持雙模式信號輸出，實驗室場景用 HiBiT 發光報告（精準定量），現場場景用 Flag-His 雙標簽肽（側向層析試紙條可視化），無需儀器即可肉眼判讀。

1. 樣本處理：提取臨床咽拭子樣本病毒 RNA（15 分鐘）；

2. 靶標識別：RNA 與 TRACKer 探針31℃孵育，靶標激活核酶（20 分鐘）；

3. 信號放大：加入CFPS體系，25℃啟動報告蛋白合成（40 分鐘）；

4. 信號讀取：實驗室測發光值，現場用側向層析試紙條肉眼判讀（5 分鐘）。

研究團隊針對6 種常見呼吸道病毒（甲流 FluA、乙流 FluB、呼吸道合胞病毒 RSV、人鼻病毒 HrV、副流感病毒 HPIV、新冠 SARS-CoV-2）系統驗證 TRACKer 性能，各項指標均達前沿水平。

• 靈敏度：通過將CFPS合成的級聯放大技術與HiBiT輸出模式相結合，實現了高靈敏度檢測，對 6 種病毒的檢測限（LOD）低至1-10 阿摩爾（aM），可直接檢測微量病毒 RNA，無需預擴增，靈敏度比快速抗原檢測高且與 RT-qPCR 相當。

• 特異性：僅識別對應靶標 RNA，非靶向病毒RNA產生的信號始終維持在與陰性對照相當的基線水平；單個堿基錯配即可顯著降低信號，末端錯配抑制效果更強，可精準區分病毒亞型與突變株。

• 正交性：6 種病毒特異性 TRACKer 系統互不干擾，無交叉激活，支持多病毒聯合檢測，適合呼吸道感染綜合征篩查。

研究團隊用188 例臨床咽拭子樣本（FluA 56例、RSV 42 例、HrV 90 例）驗證 TRACKer 臨床性能（圖4），TRACKer所依賴的CFPS系統展現了出色的可靠性與一致性。

• FluA：靈敏度 100%，特異性 94.8%；

• HrV：靈敏度 90%，特異性 92%；

• RSV：靈敏度 88.9%，特異性 96.4%。

與細胞內翻譯相比，CFPS系統省去了將DNA遞送入細胞、轉錄等前置步驟，也避免了細胞膜的通透性屏障。反應組分預先混合好，靶標RNA的加入直接觸發級聯反應，翻譯機器幾乎立即開始工作。