2014年05月21日

神奇的基因剪刀—张锋团队开发出福尔摩斯“基因试纸”成功检测病

  原标题:神奇的基因剪刀—张锋团队开发出福尔摩斯“基因试纸”成功检测病毒与肿瘤核酸

  目前,PCR和二代测序技术已经被广泛应用于感染性疾病、病原微生物耐药、遗传性疾病、个性化用药以及肿瘤个体化治疗及靶向药物基因检测,然而,一直以基因剪刀身份出现的CRISPR-Cas9基因编辑技术,也被成功应用于核酸检测。

  早在2010年,科学家们就意识到,CRISPR平台也许能被用来检测病毒的核酸。但在当时,它的基因编辑潜力过于出众,在一定程度上了其他领域应用的可能性。直到CRISPR-Cas9基因编辑技术趋于完善之时,科研人员才有余力它在病毒检测上的潜力。

  2月15日,美国布罗德研究所华裔专家张锋团队开发出一种“基因试纸”,在实验室中成功检测出一些病毒感染及肺癌患者的肿瘤标记物。

  15日发表在美国《科学》上的论文显示,只需将“基因试纸”浸入处理过的样品,一条线就会显示出是否检测到靶。CRISPR基因编辑技术发明人之一张锋说,这种工具可用于检测病毒、肿瘤DNA(脱氧核糖核酸)等核酸物质,便宜、方便且高效。

  试纸基于张锋团队此前开发的基因检测工具“夏洛克”,名字取自小说人物侦探夏洛克·福尔摩斯,由“性高灵敏度酶促解锁”的英文部分字母缩合而成。

  这种工具与当前基因研究领域的热点技术“基因剪刀”CRISPR-Cas9的结构类似,都由gRNA(向导核糖核酸)和基因剪切蛋白两部分组成,但“夏洛克”使用的剪切蛋白是Cas13。

  研究人员解释说,Cas13剪开特定RNA(核糖核酸)后,会继续剪切其周围的RNA,他们利用这一“脱靶”缺陷,加入一种带有RNA的荧光标记物,当标记物被剪开时,会发出荧光信号而显示检测结果。

  在最新发表的研究中,张锋团队提高了“夏洛克”的灵敏度。最初每微升血样可检出一个,而现在灵敏度是此前的100倍,可从肺癌患者血样中检出含量很低、来自肿瘤细胞的游离DNA。

  此外,基因试纸最多可一次检测4个标靶,节约了样品用量。例如,寨卡病毒和登革病毒感染后的症状相似,使用“基因试纸”可一次检测出血样中究竟是哪种病毒。

  “该技术在健康领域应用广泛,包括检测传染病及发现引起耐药性和导致癌症的基因变异。”张锋说。在先前研究中,“夏洛克”还能识别一些产生抗生素耐药性细菌的基因、区分大肠杆菌的一些菌株等。

  ▲在人类基因组中,这套系统能轻松检测出不同的SNP(图片来源:《科学》)

  类似的应用还有很多。比如,研究人员用这套系统,成功地鉴定出了人类基因组中的多个单核苷酸多态性(SNP),并能分析出每一个人的特定SNP是纯合还是杂合。在这个基因组的时代,SHERLOCK能得到很广泛的应用。

  “能将Cas13a应用到灵敏度如此非同寻常的工具中,我感到非常激动。无论对科学还是临床医学,它都是很强大的工具。”张锋教授说。

  “我们现在能有效地制作针对任何核酸的探测器,在诊断或研究领域的应用上,这项工具无比强大,”该研究的另一名资深作者James Collins教授说道:“这项工具能在患者的血液中寻找到极少量的肿瘤DNA,帮助研究人员理解肿瘤的突变如何随着时间推移发生改变。另外在公共卫生领域,它也能帮助研究者耐药菌的发生频率。科学上它有无限让人激动的可能。”返回搜狐,查看更多