Sensitive and specific CRISPR diagnostics Methods are needed that can easily detect nucleic acids that signal the presence of pathogens, even at very low levels. Gootenberg et al. combined the allele-specific sensing ability of CRISPR-Cas13a with recombinase polymerase amplification methods to detect specific RNA and DNA sequences. The method successfully detected attomolar levels of Zika virus, as well as the presence of pathogenic bacteria. It could also be used to perform human genotyping from cell-free DNA. Science , this issue p. 438

The recent Zika virus outbreak highlights the need for low-cost diagnostics that can be rapidly developed for distribution and use in pandemic regions. Here, we report a pipeline for the rapid design, assembly, and validation of cell-free, paper-based sensors for the detection of the Zika virus RNA genome. By linking isothermal RNA amplification to toehold switch RNA sensors, we detect clinically relevant concentrations of Zika virus sequences and demonstrate specificity against closely related Dengue virus sequences. When coupled with a novel CRISPR/Cas9-based module, our sensors can discriminate between viral strains with single-base resolution. We successfully demonstrate a simple, field-ready sample-processing workflow and detect Zika virus from the plasma of a viremic macaque. Our freeze-dried biomolecular platform resolves important practical limitations to the deployment of molecular diagnostics in the field and demonstrates how synthetic biology can be used to develop diagnostic tools for confronting global health crises. PAPERCLIP.

Abstract Biological resources, such as sequence information, genetic traits, materials and strains, pose risks when inadvertently released or deliberately misused. To address these concerns, we developed Quadruplet COdon DEcoding (QCODE), a versatile genetic biocontainment strategy that introduces a quadruplet codon (Q-codon) causing frameshifts, hindering proper gene expression. Strategically incorporating Q-codons in multiple genes prevents genetic trait escape, unallowed proliferation of microbial strains and unauthorized leakages of genetic materials. This multifaceted strategy, integrating Q-codons for genetic traits, materials and strains, ensures robust biocontainment across various levels. Notably, our system maintains sequence protection, safeguarding genetic sequence information against unauthorized access. The QCODE approach offers a versatile, efficient and compact solution to enhance biosecurity in diverse biological research settings.

Synthetic biology has enabled the development of powerful nucleic acid diagnostic technologies for detecting pathogens and human health biomarkers. Here we expand the reach of synthetic biology-enabled diagnostics by developing a cell-free biosensing platform that uses RNA output sensors activated by ligand induction (ROSALIND) to detect harmful contaminants in aqueous samples. ROSALIND consists of three programmable components: highly-processive RNA polymerases, allosteric transcription factors, and synthetic DNA transcription templates. Together, these components allosterically regulate the in vitro transcription of a fluorescence-activating RNA aptamer: in the absence of a target compound, transcription is blocked, while in its presence a fluorescent signal is produced. We demonstrate that ROSALIND can be configured to detect a range of water contaminants, including antibiotics, toxic small molecules, and metals. Our cell-free biosensing platform, which can be freeze-dried for field deployment, creates a new capability for point-of-use monitoring of molecular species to address growing global crises in water quality and human health.