非结核分枝杆菌（Nontuberculous Mycobacteria，NTM）感染近年来持续增加，已成为全球重要的公共卫生问题。由于不同NTM菌种及亚种在致病性、耐药特征和治疗方案方面存在显著差异，快速、准确的菌种鉴定对于指导精准抗感染治疗具有重要意义。然而，传统检测方法普遍面临交叉反应干扰、多重检测能力不足以及混合感染难以解析等挑战，限制了分枝杆菌感染的精准诊断和个体化治疗。

         2026年9月16日，清华大学生物医学工程学院胡晔教授团队联合国内外合作团队在《Science Translational Medicine》发表封面文章“A rapid CRISPR-based nanodroplet assay enables direct clinical identification of mycobacteria species”的研究论文，开发了基于CRISPR辅助纳米液滴配对技术的多重病原体快速鉴定平台（CRISPR-Assisted Nanodroplet-pairing for Differential Identification of Nontuberculous Mycobacteria，CANDI）。该平台创新性地融合CRISPR/Cas12a精准分子识别与荧光编码纳米液滴技术，通过通用扩增结合菌种特异性识别，实现多种分枝杆菌菌种及亚种的同步检测，有效突破了传统分子诊断中多重检测能力有限、交叉干扰以及培养依赖等关键瓶颈。CANDI可实现15种临床相关分枝杆菌的高特异性鉴定，并能够识别复杂混合感染样本。

技术介绍

图1 CRISPR辅助纳米液滴配对技术实现非结核分枝杆菌精准鉴定

        本研究采用“生物信息学设计、平台构建及多中心临床验证”的技术路线，开发了基于CRISPR和纳米液滴的多重病原体快速鉴定平台（CANDI）。研究团队基于分枝杆菌16S和23S rRNA序列分析，筛选高度保守区域设计通用扩增引物，并利用自主生物信息学流程开发菌种/亚种特异性CRISPR/Cas12a引导RNA（gRNA），构建覆盖15种临床相关分枝杆菌的分子识别体系。随后，将不同检测体系封装于荧光编码纳米液滴中，通过数字微流控实现检测液滴与样本液滴精准配对和融合，结合Cas12a信号激活与荧光编码解析，实现多靶标同步检测。

图2 CANDI在多种非结核分枝杆菌检测中的性能表现

       平台建立后，利用标准菌株、基因组DNA及模拟临床样本系统评价其灵敏度、特异性和稳定性，并依托美国国立卫生研究院（NIH）、美国北卡罗来纳大学（UNC）及同济大学附属上海市肺科医院的余方友教授团队等合作平台，收集230例临床样本开展验证。CANDI无需依赖传统培养，可直接对痰液、气管抽吸液等临床呼吸道样本进行检测，并在3.5小时内完成菌种及亚种水平鉴定，实现97.3%的灵敏度和99.7%的特异性，为感染性疾病快速精准诊断和个体化抗感染治疗提供了新的技术方案。

总结与展望

        本研究开发了基于CRISPR辅助纳米液滴技术的多重病原体鉴定平台CANDI，实现了15种临床相关分枝杆菌菌种及亚种的快速、高特异性检测，并可直接应用于痰液、支气管抽吸液等临床样本。CANDI通过通用靶标扩增结合CRISPR/Cas12a特异性识别，解决了传统分枝杆菌检测中交叉反应、培养依赖和检测周期长等关键问题，实现了3.5小时内完成菌种及亚种水平鉴定。该平台的核心优势在于精准的gRNA设计策略。研究团队基于103,332个分枝杆菌基因组进行序列保守性分析，筛选低种内变异、高种间差异的靶区域，并利用自主开发的生物信息学流程优化gRNA候选序列，从而保证不同菌种间的正交识别能力。针对脓肿分枝杆菌复合群亚种间高度相似的序列差异，进一步通过人工引入错配增强Cas12a识别能力，实现亚种级别区分。

        在临床验证中，CANDI不仅能够准确识别常见分枝杆菌，还可发现传统培养和鉴定流程遗漏的慢生长菌及混合感染样本，为复杂NTM感染的精准诊疗提供重要依据。此前，团队开发了基于CRISPR的POCT结核快速检测装置LIT-TB（Sci Transl Med 2025，17，793）。此次研究进一步借助CRISPR识别与荧光编码纳米液滴技术，实现了分枝杆菌菌种及亚种的快速鉴定，为临床感染精准诊断提供了新的技术方案。

        清华大学胡晔教授、美国杜兰大学宁波教授、美国北卡罗来纳大学教堂山分校柳清云教授和同济大学附属第十人民医院朱小立教授为论文的共同通讯作者，同济大学附属第十人民医院博士研究生勾泓荃和美国杜兰大学的陈龙博士为该论文的共同第一作者；。该工作还得到了同济大学附属上海市肺科医院、美国杜兰大学、美国北卡罗来纳大学教堂山分校、美国国立卫生研究院等单位的支持。

原文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.aef2648