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CRISPR分子诊断技术盘点
作者:中糖院 时间:2020-11-21 10:50:28 浏览:56

2020年1月份爆发的新型冠状病毒疫情,给全世界的公共卫生医疗体系带来了巨大的挑战。2月14日,麻省理工学院(MIT)的麦戈文脑科学研究所(McGovern Institute for Brain Research)宣布,张锋教授团队利用基于CRISPR的技术,开发了一种检测新冠病毒RNA的方法。并且向全世界公布了诊断COVID-19技术的详细操作流程文档,以帮助世界各国对抗新冠病毒传播。

目前,在临床上用于新冠病毒诊断的核酸检测技术基于实时荧光定量PCR,由于在普通的诊所和社区医院缺乏特定的检测设备,导致疾病检测进展缓慢。 而基于CRISPR技术的诊断技术,将检测方法开发成一种POCT产品,无需特定的检测设备,通过类似PH检测试纸的方法就可以判断是否感染了新冠病毒。该方法具有特异的高灵敏度,每微升里仅10-100个病毒拷贝,就可以被检测出来。且步骤简单,只需三步,一小时内就可以完成检测 (Feng Zhang et al., 2020)。

CRISPR分子诊断技术盘点

如果这个基于CRISPR技术的诊断产品开发出来,将会成为居家或者社区医院必备的医疗用品。疑似的新冠病人无需到定点医院排队挂号,就能完成初步的诊断,是不是很方便呢?

我们熟知CRISPR技术是一种高效的基因编辑工具,怎么就发展成为了分子诊断技术了呢?针对这个问题,我们一起来捋一捋这个有趣的故事。

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张锋意外发现Cas13a激活之后切割非特异性RNA

2016年8月在 Science期刊上发表了张锋团队的一篇关于一种新CRISPR核酸酶的文章,C2C2,也就是我们俗称的Cas13a。自张锋团队2013年发表第一篇CRISPR/Cas9哺乳动物细胞基因编辑技术以来,张锋利用自身强大的团队优势,将目前已经测序过的微生物的CRISPR核酸酶基本都研究了个遍。按常理,这个只是张锋团队在CRISPR/Cas9基因编辑技术上的一个扩展,不同的是,Cas13a一种RNA结合酶,可以用于编辑细胞内的RNA。原本以为这个新发现将像Cas9一样受到科学家的欢迎,并将基因编辑快速的推进到一个新的高度。随后张锋团队陷入了巨大的失落之中,因为他们意外发现Cas13a在完成特异性切割RNA之后,能够非特异性的切割任意的单链RNA,这意味着Cas13a将具有强烈的细胞毒性,并不能简单的像Cas9那样作为基因编辑的工具(Abudayyeh et al., 2016)。

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CRISPR分子诊断技术盘点

Abudayyeh et al., 2016

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Doudna利用Cas13a切割非特异性RNA的功能发明了基因诊断的技术

就在张锋进行Cas13a的研究的同时,UC-Berkeley大学的Doudna团队也在进行相同的研究。张锋团队的文章在8月份发表后,Doudna在同年的10月Nature的期刊上发表了他们的研究结果。有意思的是,在张锋团队意外发现Cas13a因为非特异性切割RNA而表示无法有效作为基因编辑的无奈的时候,Doudna团队却发现这个特性能够用于核酸的分子检测(East-Seletsky et al., 2016)。

在分子检测的反应体系中,只需要加入一种经过化学修饰的单链RNA作为底物,当Cas13a特异性切割目的RNA之后,就可以切割单链RNA底物。经过修饰的单链RNA在未切断的状态下,不会发出荧光,当Cas13a切断单链RNA后,标记在单链RNA的化学基团发出荧光。这个设计简直酷毙了!科学的魅力就在于一种新的科学发现并不因为人的喜好而失去价值,而在于科学家是否能够发现它的价值。

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East-Seletsky et al., 2016

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SHERLOCK技术的发明

在Doudna团队发表了Cas13a能够用于核酸检测之后,张锋团队并没有因为Doudna利用Cas13a发明了分子诊断的技术而气馁。他们意识到这将会把CRISPR技术的应用从基因编辑推进一个全新的领域——分子诊断。于是,张锋团队加速了Cas13a在核酸检测上的研究,2017年4月份在Science期刊上发表了他们的研究结果,一个基于 CRISPR/Cas13a的分子诊断技术,并且给这个技术取了一个非常酷的名字,SHERLOCK,与福尔摩斯同名(Gootenberg et al., 2017)。

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Gootenberg et al., 2017

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DETECTR技术的发明