張鋒團隊今日帶來CRISPR重磅新應用

來源：葯明康德/報道

今日，知名華人科學家張鋒教授與同事在《科學》雜誌上發表論文，介紹了一種全新的CRISPR應用工具，用以檢測核酸。這一工具能快速檢測RNA或DNA分子，靈敏度甚至有望檢測出單個核酸。這一重磅研究對於科研與全球公共衛生有著極大的影響。

早在2010年，科學家們就意識到，CRISPR平台也許能被用來檢測病毒的核酸。但在當時，它的基因編輯潛力過於出眾，光芒在一定程度上掩蓋了其他領域應用的可能性。直到CRISPR-Cas9基因編輯技術趨於完善之時，科研人員才有餘力檢視它在病毒檢測上的潛力。

科學家們在今日發表的這個系統與CRISPR-Cas9系統有著本質上的差異。它由嚮導RNA（gRNA）和Cas13a蛋白等部分組成。嚮導RNA能帶領Cas13a蛋白識別並剪開帶有特異序列的RNA。然而Cas13a有一個奇怪的特點，當它切開特異的RNA後，就無法管住自己的「雙手」，開始瘋狂切開它能遇到的任何RNA。利用這一特性，張鋒教授與James Collins教授在這套系統里塞入了一種帶有RNA的熒游標志物。平時它不會發出熒光，但一旦Cas13a到處「搞事情」，這種熒游標志物的RNA就會被切開，讓它發出明亮的光芒。

這項全新CRISPR應用的原理（圖片來源：《科學》）

也就是說，只要設計好合適的嚮導RNA，並提供Cas13a與熒游標志物，那麼一旦這套系統識別到匹配的RNA序列，就會發出熒光，告訴研究人員「我們找到了！」

這套系統的靈敏度達到了50fM（1fM為10的負15次方摩爾每升）。

儘管和之前的一些研究相比，它的靈敏度提高了數百萬倍，但研究人員依然沒有滿足。他們想要把靈敏度進一步提高，增加到阿摩爾級（aM，10的負18次方摩爾每升）。為了達到這一目標，他們又用上了「等溫擴增」（isothermal amplification）技術，進一步降低了對初始核酸濃度的需求。

在後續的實驗中，研究人員發現，使用「等溫擴增」技術的這套CRISPR系統無論是對RNA還是DNA，靈敏度都達到了單分子級。

這種不遺漏任何線索的特性讓研究人員想到了福爾摩斯（Sherlock Holmes）。於是他們杜撰了一個名字，把這套系統稱為SHERLOCK（Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing）。

這套系統開發出來可不是為了好玩。研究人員相信，它能用於各種疾病的檢測。首先，研究人員在不同的病毒上測試了它的特異性。實驗表明，它能很好地區分兩種很類似的寨卡病毒株。這對於準確診斷病情，有效預防疫情爆發而言，有著現實的應用價值。

隨後，研究人員又開始將它用於檢測癌症突變。在癌症的早期診斷領域，液體活檢是一大熱門——科學家們希望從血液中分離出專屬於癌細胞的突變，從而得知癌症是否開始發作。然而，由於血液中有著大量的非癌細胞DNA，這一檢測過程也是困難無比。在今日發表的論文中，研究團隊使用現成的樣本，來模擬患者的血液。而實驗表明，SHERLOCK同樣能以阿摩爾級的靈敏度，識別出腫瘤特有的突變。

在人類基因組中，這套系統能輕鬆檢測出不同的SNP（圖片來源：《科學》）

類似的應用還有很多。比如，研究人員用這套系統，成功地鑒定出了人類基因組中的多個單核苷酸多態性（SNP），並能分析出每一個人的特定SNP是純合還是雜合。在這個基因組的時代，SHERLOCK能得到很廣泛的應用。

「能將Cas13a應用到靈敏度如此非同尋常的工具中，我感到非常激動。無論對科學還是臨床醫學，它都是很強大的工具。」張鋒教授說。

Cas13a蛋白是這套系統的關鍵（圖片來源：《科學》）

「我們現在能有效地製作針對任何核酸的探測器，在診斷或研究領域的應用上，這項工具無比強大，」該研究的另一名資深作者James Collins教授說道：「這項工具能在患者的血液中尋找到極少量的腫瘤DNA，幫助研究人員理解腫瘤的突變如何隨著時間推移發生改變。另外在公共衛生領域，它也能幫助研究者監控耐葯菌的發生頻率。科學上它有無限讓人激動的可能。」

我們祝賀張鋒教授與他的同事們取得的又一突破，並期待看到CRISPR相關技術能給我們帶來更多的驚喜。

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