张锋Science发表CRISPR技术重要成果，Jennifer Doudna如何看？

　　

——基于CRISPR的诊断工具可以用于检测病原体，鉴定癌变突变和人类DNA基因型。

生物通报道：来自哈佛大学医学院，Broad研究院的研究人员指出利用一种新CRISPR技术：CRISPR-Cas13a/C2c2，可以高灵敏度检测包括寨卡病毒感染，登革热病毒感染等在内的疾病，其原理在于将CRISPR-Cas13a与等温RNA扩增结合，检测具有单碱基特异性的RNA和DNA。

这一研究成果公布在4月13日的Science杂志上，文章的通讯作者分别是张锋研究员，以及James J. Collins教授，Collins教授是合成生物学的前沿科学家之一，同时也是创造出由合成生物学发展的先进商业化技术的第一人。

文章的第一作者之一是张锋实验室的博士研究生 Omar Abudayyeh，他表示，“这个项目是我们实验室多项工作的一个总结性重要成果。我们一直对自然界细菌多样性很感兴趣，希望可以发现用于改善公共卫生和社会环境的新工具和蛋白。”

几年前，张锋研究组发现了自然存在的、具有基因组编辑潜力的三个新系统，他们将这些新蛋白暂时命名为C2c1、C2c2（现在称为Cas13a，也就是最新这项工作的重点）和C2c3，初期的实验工作探究了这些蛋白质的功能，揭示出它们与已充分确定特征、广泛用于基因组编辑的Cas9蛋白大不相同。

研究人员指出Cas13a有独特的性质，不仅靶向RNA，还可以靶向DNA，同时还能还切割了RNA附近的序列，“当它识别出靶标时，就会变得疯狂，开始切割相关的序列，”Abudayyeh说，“我们将这称为附属活性（collateral activity，生物通译）。”

这种活性是新开发的核酸检测平台SHERLOCK（Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing）的关键特征，此外SHERLOCK还包含有一个切割时发出荧光的报告RNA链。当Cas13a检测到靶标RNA序列时，其RNAse活性就会切割报告序列，释放可检测的荧光信号。

这一系统研究人员想到了福尔摩斯（Sherlock Holmes）。于是他们把这套系统称为SHERLOCK（Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing）。

“我们知道Cas13a具有灵敏的附属活性，但最初我们分析其特征时，发现其灵敏度还不够，”张锋实验室另外一位研究生：Jonathan Gootenberg说。为了解决这个问题，该小组与James Collins合作，采用了Collin研究组之前研发的纸质寨卡病毒检测技术。

将这两种技术结合起来的新系统能够以极低浓度检测单RNA和单DNA分子。 “增加放大步骤有助于将检测的灵敏度提高到百万分之一，并且能引入冷冻干燥等其它应用程序，从而真正构建出一种强大的工具。目前利用这一技术，我们可以在短短一个小时内对样品进行检测，而且其设备也是便携式的，我们可以将其冻存并重构，成本也很低，”Gootenberg说。

研究组在多个应用程序中检验了SHERLOCK。结果表明这一工具能够识别人血清，尿液和唾液中的寨卡病毒RNA，并且还可以区分寨卡病毒与登革热（这两种相近），同时也能区分各种细菌病原体，鉴定人类DNA样品中的单核苷酸多态性（SNPs）。

来自宾州大学的Changchun Liu教授（未参与该项研究）认为，这一技术实现了单分子检测灵敏度和单碱基对特异性，是一种可靠且应用广泛的工具，甚至可以说是一项卓越成果。

“目前大多数其它的核酸检测方法都需要复杂的机器，而这种检测方法操作简单，采用的是CRISPR-Cas平台（可用许多不同的测定方法），这可能是一个关键优势，”德国癌症研究中心的Michael Boutros教授（未参与该项研究）说，“之后还需要进行临床条件的大规模研究，并对现有检测方法进行进行基准测试。”

此前，加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna等人也曾分析了C2c2在检测RNA中的作用，对于最新这项成果，Doudna认为：“这一新方法通过预扩增核酸靶标来提高C2c2的检测限度。这种方法依然需要核酸扩增步骤，也有局限性……这可能会成为将其扩大到临床应用的一个限制。”

目前这种基于纸张的SHERLOCK检测每个测试的成本约为0.61美元。Collins说：“通过与Broad研究院的合作，我们目前正在考虑是自创还是与其它公司合作推出这一工具。目前已经引起了外界不同群体的广泛兴趣。”

（生物通：张迪）

免费索取赛业生物TurboKnockout基因敲除技术手册

原文检索：

J.S. Gootenberg et al., “Nucleic acid detection with CRISPR-Cas13a/C2c2,” Science, doi:10.1126/science.aam9321, 2017.