4月王牌聚焦：开创性新技术打开新的大门

　　

生物通报道：有一些科学技术也许在当下看来许多人都无法理解，或者说感觉并没有实用性，但是经过时间的沉淀和证明，这些技术也许将成为我们生活的一部分，又或者对科学发展产生了极大的推动力。

首先，CRISPR技术本月就有多项技术进展，比如加州大学伯克利分校的研究人员将CRISPR技术的强大功能与石墨烯的超灵敏度结合起来，创造了一种可在几分钟内检测出特定基因突变的新型手持设备。

这一研究成果公布在Nature Biomedical Engineering杂志上。文章的作者KGI助理教授Kiana Aran表示，“我们研发了第一个利用CRISPR，搜索基因组中存在的潜在突变的新技术。你只需将纯化的DNA样品放在芯片上，让CRISPR进行筛查，就可以在几分钟内得到结果。”

为了让Cas9找到基因组上的特定位置，科学家必须为它配备一段“导向RNA”，这是一小段RNA，其碱基与感兴趣的DNA序列互补。蛋白质首先要解开双链DNA并扫描找到与导向RNA相匹配的序列，然后锁定。

在最新研究中，研究人员采用了一种失活的Cas9蛋白——一种可以在DNA上找到特定位置但不会切割它的Cas9变种，将其连接到由石墨烯制成的晶体管上。当CRISPR复合物在其靶向的DNA上找到位点时，它会与其结合并触发石墨烯的电导率发生变化，从而改变了晶体管的电特性。无需扩增，CRISPR就能在几分钟内检测基因突变！

另外，杜克大学生物医学工程科学家研发出一种新方法，可以将CRISPR基因组编辑技术的准确性平均提高50倍，他们相信这种技术将能很快应用到多种编辑技术上。

具体来说，这种方法就是在导向RNA上添加一段短“尾巴”，这种“尾巴”会向后折叠，与其自身结合，形成一个“发夹”结构，只有靶向DNA序列能解开。Nature Biotechnology小小改动，让CRISPR的精确度提高50倍！

此外，密歇根大学领导的研究团队在Molecular Cell杂志上介绍了这种堪比粉碎机的工具——I型CRISPR-Cas3。他们首次在人类细胞中实现了长距离的DNA删除。这种工具适用于遗传学研究，有助于人们了解疾病的基础，并治疗与长链DNA相关的疾病。

CRISPR-Cas3系统使用的向导RNA序列比CRISPR-Cas9的更长，而且目标搜索和降解是两个完全分离的步骤，因此这种方法更容易得到控制。它不大可能在人们不想要的地方做出错误的切割。

张燕博士推测，这种新工具及其衍生物也许对疾病治疗有用，不过或许在多年后才能实现。目前，密歇根大学和康奈尔大学已就这一工具申请了一项联合专利。效果堪比粉碎机，两名华人学者发现CRISPR新工具

而日本RIKEN可持续资源科学中心（CSRS）的研究人员则开发了一种新质谱系统，可以识别代谢组（不同生物体的整套代谢物）。研究证实，当对来自12种植物物种的组织进行检测时，这种方法能够记录超过一千种代谢物。其中包括以前从未发现的数十种，而且还有那些具有抗生素和抗癌潜力的一些代谢物。

CSRS的团队花了几年时间开发出一种能够快速识别大量植物代谢物的系统，包括那些以前未被发现的植物代谢物。

Tsugawa解释道，“虽然没有软件可以全面识别生物体内的所有代谢物，但我们采用了计算质谱中的新技术，可以覆盖之前传统方法的10倍范围！”

研究人员进行了检测，结果证实基于质谱的方法仅发现了不到一百种代谢物，但该团队的新系统能够找到超过一千种。比传统方法高出10倍！Nature Methods发布一种可以识别未知代谢物的新技术

还有来自威斯康星大学麦迪逊分校的一组研究人员报告了一种能将这些蛋白转化为水溶性蛋白，以便进行质谱分析的新方法。

科学家开发了多种研究蛋白质的方法，例如质谱技术，目前的质谱技术已经可以帮助研究人员准确测量蛋白质分子的分子量，揭示蛋白质序列和修饰的细节。

但在研究过程中，大家还是必须首先加入表面活性剂，洗涤剂，将蛋白质从细胞或组织样品中提取出来。然而，传统的表面活性剂会干扰蛋白质的质谱分析。葛瑛研究组希望能找到符合三个关键标准的试剂：水溶性和快速降解、强有力的表面活性剂、与全蛋白质谱相兼容。

为了能从细胞和组织中提取膜蛋白进行分析，他们设计并筛选了大量化合物，从中找到了一种“可光裂解（photocleavable）”的表面活性剂——Azo。

Azo的功能与常规表面活性剂非常相似，只是在表面活性剂分子的中间加入了可以通过简单紫外线照射被破坏的化学键。在进行质谱分析之前，可以通过暴露于光来裂解键，这样Azo就会分裂，仅留下蛋白质分子。

“Azo能够对整个蛋白质进行有效的质谱分析，开辟了研究膜蛋白质的新道路”，这在以前来说简直就是天方夜谭。这种方法改善了整个蛋白质‘自上而下'的质谱研究方式，从而能够对来自同一基因的多种蛋白质形式进行鸟瞰！这些信息对于理解生物系统和破译疾病机制具有重要意义。

这是具有光可切割键的工程化分子首次用于全蛋白质分析。值得注意的是，Azo合成很方法，可以用作取代最常用的表面活性剂。

（生物通）