Science：张锋新成果！“魔剪”CRISPR又出新功能，用于核酸检测
2017-04-18 大健康Pai 大健康Pai
4月13日，Science杂志发表一项题为“Nucleic acid detection with CRISPR-Cas13a/C2c2”的重要研究进展。来自Broad研究所、McGovern研究所等机构的一个科学家小组改造了靶向RNA的CRISPR系统，使其成为了快速、便宜且高度灵敏的诊断工具。这一发现有望为科学研究以及全球公共卫生带来变革性的影响。CRISPR先驱张锋以及Broad研究所的
4月13日，Science杂志发表一项题为“Nucleic acid detection with CRISPR-Cas13a/C2c2”的重要研究进展。来自Broad研究所、McGovern研究所等机构的一个科学家小组改造了靶向RNA的CRISPR系统，使其成为了快速、便宜且高度灵敏的诊断工具。这一发现有望为科学研究以及全球公共卫生带来变革性的影响。CRISPR先驱张锋以及Broad研究所的James J. Collins是该研究的共同通讯作者。
具体来说，这篇论文描述了RNA靶向的CRISPR酶（Cas13a/C2c2）如何“变身”高度灵敏的“探测器”：能够指示出目标RNA或DNA分子中单分子的存在（the presence of as little as a single molecule of a target RNA or DNA molecule）。这一新工具被研究者们授予了SHERLOCK（Specific High-sensitivity Enzymatic Reporter unLOCKing）的称号。他们认为，有一天，这一技术可能被用于应对病毒和细菌爆发，监测抗生素耐药性以及检测癌症。
六大应用
科学家们在一系列不同的应用中证明了SHERLOCK技术的多功能性：1）数小时内，检测患者血液或尿液样本中Zika病毒的存在；2）区分非洲和美国Zika病毒株的基因序列；3）识别特定的细菌类型，如大肠杆菌；4）检测抗生素耐药性基因；5）在模拟的（simulated）游离DNA中识别癌症突变；6）快速阅读人类遗传信息。
张锋表示：“Cas13a酶能够产生如此非凡的灵敏度。这是非常令人兴奋的。”
首篇描述Cas13a的Science论文
Cas13a先前被称为C2c2.2016年6月，张锋和他的同事在Science杂志上发表了题为“C2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector”的论文，首次描述了这一RNA靶向的CRISPR酶。CRISPR-Cas13a/C2c2能够用于切割细菌细胞中特定的RNA序列。与DNA靶向的CRISPR酶不同（如Cas9和Cpf1），Cas13a在切割它的意向RNA目标后依然能够保持“活跃”，会继续爆发性式地切割其它非目标RNA.张锋实验室的科学家将这种现象称为“collateral cleavage”。
Jennifer Doudna成果紧随其后
2016年9月，CRISPR“女神”Jennifer Doudna和同事们在Nature杂志了发表了题为“Two distinct RNase activities of CRISPR-C2c2 enable guide-RNA processing and RNA detection”的论文。他们提出，将Cas13a的“collateral cleavage”活性用于RNA检测。
灵敏度提升百万倍
Broad研究所官网报道称，该研究中提出的方法需要数以百万计分子的存在，灵敏度有所缺乏。而这篇最新Science论文提出的新方法灵敏度高了一百万倍（a million-fold more sensitive）。
据悉，这是张锋及其研究组与共同通讯作者Jim Collins合作的结果。Jim Collins致力于Zika病毒诊断研究。2014年，Collins和他的研究小组开发了一种针对Ebola病毒的快速合成纸质测试（rapid synthetic paper-based test）。这一技术可在室温下运送和储存。
随后，他们调整这一系统，用于检测Zika病毒。他们证明，该技术能够通过增加样本中的RNA数量提高传感器的灵敏性。Collins说：“这一基于CRISPR的全新工具提供的灵敏度能够检测患者血液样本中极少量的癌症DNA.”
Broad研究所的报道还称，这一诊断工具最迫切和最明显的应用是，在资源贫乏的地区，用于传染病爆发的快速、即时诊断。此外，据The Scientist报道称，作者们估计，这一Paper-Based SHERLOCK检测每次测试成本约为0.61美元。
“女神”如何评价？
最后，我们来看看，Jennifer Doudna是如何评价张锋等人这项新成果的呢？Doudna在接受采访时写道：“这一方法通过预扩增（pre-amplifying）核酸目标改善了C2c2的检测限制。它的局限是，这一方法依然需要核酸扩增步骤，这可能会成为它用于即时应用（point-of-care application）的挑战。”
原文出处：
Jonathan S. Gootenberg, Omar O. Abudayyeh, Jeong Wook Lee, et al. Nucleic acid detection with CRISPR-Cas13a/C2c2. Science.
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