In Vitro Selection and Characterization of a DNAzyme Probe for Diverse Pathogenic Strains of Clostridium difficile.
Clostridium difficile
DNAzymes
biosensors
fluorescent probes
pseudoknots
Journal
Chemistry (Weinheim an der Bergstrasse, Germany)
ISSN: 1521-3765
Titre abrégé: Chemistry
Pays: Germany
ID NLM: 9513783
Informations de publication
Date de publication:
27 Jun 2023
27 Jun 2023
Historique:
received:
24
01
2023
medline:
30
6
2023
pubmed:
22
4
2023
entrez:
22
04
2023
Statut:
ppublish
Résumé
Clostridium difficile frequently causes an infectious disease known as Clostridium difficile infection (CDI), and there is an urgent need for the development of more effective rapid diagnostic tests for CDI. Previously we have developed an RNA-cleaving fluorogenic DNAzyme (RFD) probe, named RFD-CD1, that is capable of detecting a specific strain of C. difficile but is too specific to recognize other pathogenic C. difficile strains. To overcome this issue, herein we report RFD-CD2, another RFD that is not only highly specific to C. difficile but also capable of recognizing diverse pathogenic C. difficile strains. Extensive sequence and structure characterization establishes a pseudoknot structure and a significantly minimized sequence for RFD-CD2. As a fluorescent sensor, RFD-CD2 can detect C. difficile at a concentration as low as 100 CFU/mL, thus making this DNAzyme an attractive molecular probe for rapid diagnosis of CDI caused by diverse strains of C. difficile.
Identifiants
pubmed: 37086393
doi: 10.1002/chem.202300240
doi:
Substances chimiques
DNA, Catalytic
0
Types de publication
Journal Article
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e202300240Subventions
Organisme : CIHR
ID : ARF-151555
Pays : Canada
Organisme : CIHR
ID : ARF-151555
Pays : Canada
Informations de copyright
© 2023 The Authors. Chemistry - A European Journal published by Wiley-VCH GmbH.
Références
W. K. Smits, D. Lyras, D. B. Lacy, M. H. Wilcox, E. J. Kuijper, Nat. Rev. Dis. Primer 2016, 2, 1-20.
P. N. Wiegand, D. Nathwani, M. H. Wilcox, J. Stephens, A. Shelbaya, S. Haider, J. Hosp. Infect. 2012, 81, 1-14.
G. K. B. Ong, T. J. Reidy, M. D. Huk, F. R. Lane, Am. J. Surg. 2017, 213, 565-571.
D. A. Leffler, J. T. Lamont, N. Engl. J. Med. 2015, 372, 1539-1548.
J. S. H. Martin, T. M. Monaghan, M. H. Wilcox, Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 2016, 13, 206-216.
J. Czepiel, M. Dróżdż, H. Pituch, E. J. Kuijper, W. Perucki, A. Mielimonka, S. Goldman, D. Wultańska, A. Garlicki, G. Biesiada, Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 2019, 38, 1211-1221.
F. C. Lessa, Y. Mu, W. M. Bamberg, Z. G. Beldavs, G. K. Dumyati, J. R. Dunn, M. M. Farley, S. M. Holzbauer, J. I. Meek, E. C. Phipps, L. E. Wilson, L. G. Winston, J. A. Cohen, B. M. Limbago, S. K. Fridkin, D. N. Gerding, L. C. McDonald, N. Engl. J. Med. 2015, 372, 825-834.
Y. Xia, M. Tunis, C. Frenette, K. Katz, K. Amaratunga, S. R. Rose, A. House, C. Quach, Can. Commun. Dis. Rep. 2019, 45, 191-211.
J. Czepiel, M. Krutova, A. Mizrahi, N. Khanafer, D. A. Enoch, M. Patyi, A. Deptuła, A. Agodi, X. Nuvials, H. Pituch, M. Wójcik-Bugajska, I. Filipczak-Bryniarska, B. Brzozowski, M. Krzanowski, K. Konturek, M. Fedewicz, M. Michalak, L. Monpierre, P. Vanhems, T. Gouliouris, A. Jurczyszyn, S. Goldman-Mazur, D. Wultańska, E. J. Kuijper, J. Skupień, G. Biesiada, A. Garlicki, Antibiotics 2021, 10, 299.
E. Finn, F. L. Andersson, M. Madin-Warburton, BMC Infect. Dis. 2021, 21, 456.
Z. Peng, L. Ling, C. W. Stratton, C. Li, C. R. Polage, B. Wu, Y.-W. Tang, Emerg. Microbes Infect. 2018, 7, 15.
M. B. F. Jensen, K. E. P. Olsen, X. C. Nielsen, A. M. Hoegh, R. B. Dessau, T. Atlung, J. Engberg, Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. Off. Publ. Eur. Soc. Clin. Microbiol. 2015, 34, 727-736.
D. A. Solomon, D. A. Milner, Open Forum Infect. Dis. 2014, 1, ofu007.
E. Kouhsari, S. Abbasian, M. Sedighi, H. F. Yaseri, S. Nazari, A. Z. Bialvaei, P. Dahim, E. Z. Mirzaei, M. Rahbar, Rev. Med. Microbiol. 2018, 29, 103-109.
F. Y. Khan, A.-N. Elzouki, Asian Pac. J. Trop. Med. 2014, 7, S6-S13.
Y. Longtin, S. Trottier, G. Brochu, B. Paquet-Bolduc, C. Garenc, V. Loungnarath, C. Beaulieu, D. Goulet, J. Longtin, Clin. Infect. Dis. 2013, 56, 67-73.
M. Liu, Q. Yin, J. D. Brennan, Y. Li, Biochimie 2018, 145, 151-157.
M. Liu, Q. Yin, Y. Chang, Q. Zhang, J. D. Brennan, Y. Li, Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 8013-8017.
M. Liu, J. Wang, Y. Chang, Q. Zhang, D. Chang, C. Y. Hui, J. D. Brennan, Y. Li, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 7706-7710.
J. Li, J. Gu, H. Zhang, R. Liu, W. Zhang, M. Mohammed-Elsabagh, J. Xia, D. Morrison, S. Zakaria, D. Chang, A. Arrabi, Y. Li, ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 9464-9471.
Z. Shen, Z. Wu, D. Chang, W. Zhang, K. Tram, C. Lee, P. Kim, B. J. Salena, Y. Li, Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 2431-2434.
A. D. Ellington, J. W. Szostak, Nature 1990, 346, 818-822.
C. Tuerk, L. Gold, Science 1990, 249, 505-10.
S. K. Silverman, Nucleic Acids Res. 2005, 33, 6151-6163.
J. Liu, Z. Cao, Y. Lu, Chem. Rev. 2009, 109, 1948-1998.
K. Schlosser, Y. Li, Chem. Biol. 2009, 16, 311-322.
D. Morrison, M. Rothenbroker, Y. Li, Small Methods 2018, 2, 1700319.
E. M. McConnell, I. Cozma, D. Morrison, Y. Li, Anal. Chem. 2020, 92, 327-344.
E. M. McConnell, I. Cozma, Q. Mou, J. D. Brennan, Y. Lu, Y. Li, Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 8954-8994.
R. Liu, F. Zhang, Y. Sang, I. Katouzian, S. M. Jafari, X. Wang, W. Li, J. Wang, Z. Mohammadi, Trends Food Sci. Technol. 2022, 123, 355-375.
B. Huo, Y. Hu, Z. Gao, G. Li, Talanta 2021, 222, 121565.
D. Chang, S. Zakaria, S. Esmaeili Samani, Y. Chang, C. D. M. Filipe, L. Soleymani, J. D. Brennan, M. Liu, Y. Li, Acc. Chem. Res. 2021, 54, 3540-3549.
I. Cozma, E. M. McConnell, J. D. Brennan, Y. Li, Biosens. Bioelectron. 2021, 177, 112972.
M. Liu, D. Chang, Y. Li, Acc. Chem. Res. 2017, 50, 2273-2283.
S. H. J. Mei, Z. Liu, J. D. Brennan, Y. Li, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 3106-3114.
Z. Liu, S. H. J. Mei, J. D. Brennan, Y. Li, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 7539-7545.
M. M. Ali, S. D. Aguirre, H. Lazim, Y. Li, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 3751-3754.
M. M. Ali, M. Wolfe, K. Tram, J. Gu, C. D. M. Filipe, Y. Li, J. D. Brennan, Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 9907-9911.
M. Rothenbroker, E. M. McConnell, J. Gu, M. L. Urbanus, S. E. Samani, A. W. Ensminger, C. D. M. Filipe, Y. Li, Angew. Chem. 2021, 133, 4832-4838.
M. M. Ali, R. Silva, D. White, S. Mohammadi, Y. Li, A. Capretta, J. D. Brennan, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202112346.
M. M. Ali, A. Slepenkin, E. Peterson, W. Zhao, ChemBioChem 2019, 20, 906-910.
D. Chang, T. Chang, B. Salena, Y. Li, ChemBioChem 2020, 21, 464-468.
M. Monot, C. Eckert, A. Lemire, A. Hamiot, T. Dubois, C. Tessier, B. Dumoulard, B. Hamel, A. Petit, V. Lalande, L. Ma, C. Bouchier, F. Barbut, B. Dupuy, Sci. Rep. 2015, 5, 15023.
S. P. Borriello, J. Antimicrob. Chemother. 1998, 41, 13-19.
D. Drudy, S. Fanning, L. Kyne, Int. J. Infect. Dis. 2007, 11, 5-10.
L. C. McDonald, G. E. Killgore, A. Thompson, R. C. Owens, S. V. Kazakova, S. P. Sambol, S. Johnson, D. N. Gerding, N. Engl. J. Med. 2005, 353, 2433-2441.
V. G. Loo, L. Poirier, M. A. Miller, M. Oughton, M. D. Libman, S. Michaud, A.-M. Bourgault, T. Nguyen, C. Frenette, M. Kelly, A. Vibien, P. Brassard, S. Fenn, K. Dewar, T. J. Hudson, R. Horn, P. René, Y. Monczak, A. Dascal, N. Engl. J. Med. 2005, 353, 2442-2449.
M. Miller, D. Gravel, M. Mulvey, G. Taylor, D. Boyd, A. Simor, M. Gardam, A. McGeer, J. Hutchinson, D. Moore, S. Kelly, Clin. Infect. Dis. 2010, 50, 194-201.
A. Jiménez, R. Araya, D. Paniagua, Z. Camacho-Mora, T. Du, G. R. Golding, G. Leandro-Astorga, C. Rodríguez, C. Quesada-Gómez, J. Hosp. Infect. 2018, 99, 475-480.
D. W. Eyre, K. A. Davies, G. Davis, W. N. Fawley, K. E. Dingle, N. De Maio, A. Karas, D. W. Crook, T. E. A. Peto, A. S. Walker, M. H. Wilcox, Clin. Infect. Dis. Off. Publ. Infect. Dis. Soc. Am. 2018, 67, 1035-1044.
K. C. Katz, G. R. Golding, K. B. Choi, L. Pelude, K. R. Amaratunga, M. Taljaard, S. Alexandre, J. C. Collet, I. Davis, T. Du, G. A. Evans, C. Frenette, D. Gravel, S. Hota, P. Kibsey, J. M. Langley, B. E. Lee, C. Lemieux, Y. Longtin, D. Mertz, L. M. D. Mieusement, J. Minion, D. L. Moore, M. R. Mulvey, S. Richardson, M. Science, A. E. Simor, P. Stagg, K. N. Suh, G. Taylor, A. Wong, N. Thampi, CMAJ 2018, 190, E758-E765.
A. Goorhuis, D. Bakker, J. Corver, S. B. Debast, C. Harmanus, D. W. Notermans, A. A. Bergwerff, F. W. Dekker, E. J. Kuijper, Clin. Infect. Dis. 2008, 47, 1162-1170.
M. P. M. Hensgens, A. Goorhuis, C. M. J. van Kinschot, M. J. T. Crobach, C. Harmanus, E. J. Kuijper, Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 2011, 30, 587-593.
D. Bakker, J. Corver, C. Harmanus, A. Goorhuis, E. C. Keessen, W. N. Fawley, M. H. Wilcox, E. J. Kuijper, J. Clin. Microbiol. 2010, 48, 3744-3749.
M. C. Wehrhahn, C. Keighley, J. Kurtovic, D. R. Knight, S. Hong, M. L. Hutton, D. Lyras, Q. Wang, R. Leong, T. Borody, M. Edye, T. V. Riley, Anaerobe 2019, 55, 117-123.
M. Arvand, A. M. Hauri, N. H. Zaiss, W. Witte, G. Bettge-Weller, Eurosurveillance 2009, 14, 19403.
H. Huang, H. Fang, A. Weintraub, C. E. Nord, Clin. Microbiol. Infect. 2009, 15, 1170-1173.
A. Calderaro, M. Buttrini, M. Martinelli, C. Gorrini, S. Montecchini, M. C. Medici, M. C. Arcangeletti, F. De Conto, S. Covan, C. Chezzi, New Microbiol. 2013, 36, 57-63.
U. Eigner, D. Nörz, S. Reucher, J. Furrer, J. Sun, K. Chu, M. Kolb, N. Hefner, S. Pfefferle, M. Lütgehetmann, J. Microbiol. Methods 2020, 172, 105882.
S. D. Bélanger, M. Boissinot, N. Clairoux, F. J. Picard, M. G. Bergeron, J. Clin. Microbiol. 2003, 41, 730-734.
L. Ganji, M. Azimirad, N. Farzi, M. Alebouyeh, M. H. Shirazi, S. S. Eshraghi, A. Mirshafiey, N. E. Daryani, M. R. Zali, Arch. Pediatr. Infect. Dis. 2017, 5, DOI 10.5812/pedinfect.38888.
T. Hink, C.-A. D. Burnham, E. R. Dubberke, Anaerobe 2013, 19, 39-43.
R. Pandey, Y. Lu, E. Osman, S. Saxena, Z. Zhang, S. Qian, A. Pollinzi, M. Smieja, Y. Li, L. Soleymani, T. Hoare, ACS Sens. 2022, 7, 985-994.
M. Liu, Q. Zhang, Z. Li, J. Gu, J. D. Brennan, Y. Li, Nat. Commun. 2016, 7, 12074.
R. Pandey, D. Chang, M. Smieja, T. Hoare, Y. Li, L. Soleymani, Nat. Chem. 2021, 13, 895-901.
Y. Chi, M. Shi, Y. Wu, Y. Wu, Y. Chang, M. Liu, Anal. Methods 2022, 14, 2244-2248.
S. A. McManus, Y. Li, J. Mol. Biol. 2008, 375, 960-968.
W. Chiuman, Y. Li, J. Mol. Biol. 2006, 357, 748-754.
W. Chiuman, Y. Li, PLoS One 2007, 2, e1224.
S. A. Kandadai, Y. Li, Nucleic Acids Res. 2005, 33, 7164-7175.
Z. Chen, P. A. Lichtor, A. P. Berliner, J. C. Chen, D. R. Liu, Nat. Chem. 2018, 10, 420-427.
J. C. Achenbach, G. A. Jeffries, S. A. McManus, L. P. Billen, Y. Li, Biochemistry 2005, 44, 3765-3774.
T. J. Louie, B. Byrne, J. Emery, L. Ward, W. Krulicki, D. Nguyen, K. Wu, K. Cannon, Clin. Infect. Dis. Off. Publ. Infect. Dis. Soc. Am. 2015, 60 Suppl 2, S91-97.
R. Schmieder, R. Edwards, Bioinforma. Oxf. Engl. 2011, 27, 863-864.
W. Li, A. Godzik, Bioinforma. Oxf. Engl. 2006, 22, 1658-1659.
Z. Zhang, J. Li, J. Gu, R. Amini, H. D. Stacey, J. C. Ang, D. White, C. D. M. Filipe, K. Mossman, M. S. Miller, B. J. Salena, D. Yamamura, P. Sen, L. Soleymani, J. D. Brennan, Y. Li, Chem. Eur. J. 2022, 28, e202200078.