今日，知名華人科學(xué)家張鋒教授與同事在《科學(xué)》雜志上發(fā)表論文，介紹了一種全新的CRISPR應(yīng)用工具，用以檢測(cè)核酸。這一工具能快速檢測(cè)RNA或DNA分子，靈敏度甚至有望檢測(cè)出單個(gè)核酸。這一重磅研究對(duì)于科研與全球公共衛(wèi)生有著極大的影響。
早在2010年，科學(xué)家們就意識(shí)到，CRISPR平臺(tái)也許能被用來檢測(cè)病毒的核酸。但在當(dāng)時(shí)，它的基因編輯潛力過于出眾，光芒在一定程度上掩蓋了其他領(lǐng)域應(yīng)用的可能性。直到CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)趨于完善之時(shí)，科研人員才有余力檢視它在病毒檢測(cè)上的潛力。
科學(xué)家們?cè)诮袢瞻l(fā)表的這個(gè)系統(tǒng)與CRISPR-Cas9系統(tǒng)有著本質(zhì)上的差異。它由向?qū)NA（gRNA）和Cas13a蛋白等部分組成。向?qū)NA能帶領(lǐng)Cas13a蛋白識(shí)別并剪開帶有特異序列的RNA。然而Cas13a有一個(gè)奇怪的特點(diǎn)，當(dāng)它切開特異的RNA后，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(tǒng)里塞入了一種帶有RNA的熒光標(biāo)志物。平時(shí)它不會(huì)發(fā)出熒光，但一旦Cas13a到處“搞事情”，這種熒光標(biāo)志物的RNA就會(huì)被切開，讓它發(fā)出明亮的光芒。
▲這項(xiàng)全新CRISPR應(yīng)用的原理（圖片來源：《科學(xué)》）
也就是說，只要設(shè)計(jì)好合適的向?qū)NA，并提供Cas13a與熒光標(biāo)志物，那么一旦這套系統(tǒng)識(shí)別到匹配的RNA序列，就會(huì)發(fā)出熒光，告訴研究人員“我們找到了！”
這套系統(tǒng)的靈敏度達(dá)到了50fM（1fM為10的負(fù)15次方摩爾每升）。
盡管和之前的一些研究相比，它的靈敏度提高了數(shù)百萬倍，但研究人員依然沒有滿足。他們想要把靈敏度進(jìn)一步提高，增加到阿摩爾級(jí)（aM，10的負(fù)18次方摩爾每升）。為了達(dá)到這一目標(biāo)，他們又用上了“等溫?cái)U(kuò)增”（isothermal amplification）技術(shù)，進(jìn)一步降低了對(duì)初始核酸濃度的需求。
在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)，使用“等溫?cái)U(kuò)增”技術(shù)的這套CRISPR系統(tǒng)無論是對(duì)RNA還是DNA，靈敏度都達(dá)到了單分子級(jí)。
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）。于是他們杜撰了一個(gè)名字，把這套系統(tǒng)稱為SHERLOCK（Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing）。
這套系統(tǒng)開發(fā)出來可不是為了好玩。研究人員相信，它能用于各種**的檢測(cè)。首先，研究人員在不同的病毒上測(cè)試了它的特異性。實(shí)驗(yàn)表明，它能很好地區(qū)分兩種很類似的寨卡病毒株。這對(duì)于準(zhǔn)確診斷病情，有效預(yù)防疫情爆發(fā)而言，有著現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用價(jià)值。
隨后，研究人員又開始將它用于檢測(cè)癌癥突變。在癌癥的早期診斷領(lǐng)域，液體活檢是一大熱門——科學(xué)家們希望從血液中分離出專屬于癌細(xì)胞的突變，從而得知癌癥是否開始發(fā)作。然而，由于血液中有著大量的非癌細(xì)胞DNA，這一檢測(cè)過程也是困難無比。在今日發(fā)表的論文中，研究團(tuán)隊(duì)使用現(xiàn)成的樣本，來模擬患者的血液。而實(shí)驗(yàn)表明，SHERLOCK同樣能以阿摩爾級(jí)的靈敏度，識(shí)別出腫瘤特有的突變。
▲在人類基因組中，這套系統(tǒng)能輕松檢測(cè)出不同的SNP（圖片來源：《科學(xué)》）
類似的應(yīng)用還有很多。比如，研究人員用這套系統(tǒng)，成功地鑒定出了人類基因組中的多個(gè)單核苷酸多態(tài)性（SNP），并能分析出每一個(gè)人的特定SNP是純合還是雜合。在這個(gè)基因組的時(shí)代，SHERLOCK能得到很廣泛的應(yīng)用。
“能將Cas13a應(yīng)用到靈敏度如此非同尋常的工具中，我感到非常激動(dòng)。無論對(duì)科學(xué)還是臨床醫(yī)學(xué)，它都是很強(qiáng)大的工具?！睆堜h教授說。
▲Cas13a蛋白是這套系統(tǒng)的關(guān)鍵（圖片來源：《科學(xué)》）
“我們現(xiàn)在能有效地制作針對(duì)任何核酸的探測(cè)器，在診斷或研究領(lǐng)域的應(yīng)用上，這項(xiàng)工具無比強(qiáng)大，”該研究的另一名**作者James Collins教授說道：“這項(xiàng)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?nèi)绾坞S著時(shí)間推移發(fā)生改變。另外在公共衛(wèi)生領(lǐng)域，它也能幫助研究者監(jiān)控耐藥菌的發(fā)生頻率?？茖W(xué)上它有無限讓人激動(dòng)的可能。”
我們祝賀張鋒教授與他的同事們?nèi)〉玫挠忠煌黄?，并期待看到CRISPR相關(guān)技術(shù)能給我們帶來更多的驚喜。