华人科学家张锋大神又刷屏了。他和James Collins教授团队,联合将CRISPR-Cas13a改造成了灵敏度达到了阿摩尔级(aM,10的负18次方摩尔每升),可以检测单分子的SHERLOCK技术。这一重要成果刊登在今天的《科学》杂志上[1]。
就在大家在为张锋大神欢呼雀跃,在为CRISPR-Cas13a叫好的时候。我们发现,让SHERLOCK技术达到阿摩尔级灵敏度的不是CRISPR-Cas13a,是它的搭档,另一个颠覆性的发明重组聚合酶扩增技术(Recombinase Polymerase Amplification,RPA)。很少有报道提起她,她就那样默默站在CRISPR-Cas13a背后。
RPA有多厉害?据说可以媲美PCR技术。什么是PCR?着名发明家Kary Mullis因为发明这个技术于1993年获得诺贝尔奖……据了解RPA技术是由英国科技公司TwistDx发明的,发明人是Niall A. Armes和Derek L. Stemple。如果张锋和Collins教授的这项发明最终能造福人类,我们也应该记住RPA的发明人。
接下来我们就看看RPA和CRISPR-Cas13a联手,如何铸就SHERLOCK技术的。
SHERLOCK与我们特别熟悉的CRISPR-Cas9有本质上的区别,它使用的酶是Cas13a。Cas9靶向切割的是DNA,而Cas13a靶向的则是RNA;而且Cas13a是一个“奇怪而又疯狂”的酶,像Cas9在切割完特定片段后就会失活,但Cas13a则会像“吃了炫迈一样停不下来”,在切割了自己应该切割的RNA后,它还会继续去切割其他遇到的RNA。
其实在去年的6月份,张锋教授就在《科学》杂志上介绍过这个可以在细菌细胞中切割特定RNA序列的“奇怪而又疯狂”的酶了[2]。然而在面世仅仅三个月后,另一位在CRISPR基因编辑系统领域做出卓越贡献的“大神”就“找了个茬”,我想,大家应该已经猜到了,这位大神就是与张锋教授有着专利之争的,加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna教授。
Doudna教授和她的同事在《自然》杂志上发表研究,他们对Cas13a的潜力进行了验证。结果显示,如果想要让Cas13a顺利地与特定RNA结合,样本中至少需要数百万RNA分子,因此,使用Cas13a其实是达不到许多基础研究和临床应用所需要的灵敏度的[3]。
初始的Cas13a和“进化”后的SHERLOCK灵敏度的对比初始的Cas13a和“进化”后的SHERLOCK灵敏度的对比
这样的CRISPR-Cas13a是不能被称为“SHERLOCK”的,那么张锋教授是如何让它“开挂般”提高灵敏度的呢?这还要感谢和张峰教授同在Broad研究所工作的,合成生物学领域的“大牛”——James Collins教授,他同时也是这次报告的联合通讯作者。两位“大牛”携手,他们想到了一个“外援”—— RPA。
常规的PCR也可以扩增特定DNA片段,提高灵敏度,但是PCR对温度的控制有很复杂的要求,要经历高温变性、低温复性还有中温延伸三个步骤。RPA就不需要这么麻烦,它的反应需要三种在常温下有活性的酶,最适温度在37-42℃之间,不需要变性过程,这样就大大加快了扩增的速度。再加上不需要温控设备,两者共同打造了真正便携式的快速DNA扩增技术。
不仅方便快捷,RPA更“迷人”的地方在于扩增量十分高,能够将痕量的核酸(尤其是DNA)模板扩增到能够可以检测到的水平。痕量,顾名思义就是“该物质虽然存在,但只有‘痕迹’,无法用一般方法定量检测,通常含量<0.1mg”,所以大家就知道RPA有多厉害了吧?利用它可以从单分子得到大约1012的扩增产物。而且RPA还不需要复杂的样品处理,及时环境限制,无法提取核酸,也难不倒它[4]。
利用RPA,在室温中,样品中DNA或RNA的含量就可以得到提升,一旦含量增加了,再将DNA转化为RNA。如此,Cas13a就有资格进化成“SHERLOCK”了!
不过SHERLOCK其实是一个“团队”,研究人员给Cas13a“配备”了两个助手:一个是引导它到达应该被切割的特异性RNA的“向导RNA”;另一个叫做“报告RNA”,因为Cas13a在切割完特定RNA后不会失活,所以在Cas13a完成任务开始“作乱”的时候,报告RNA就会被切断,发出荧光信号。研究人员们就知道,它已经找到了与其相匹配的RNA序列。
SHERLOCK的工作原理
那么SHERLOCK现在能为我们做什么呢?研究人员已经证实,它可以应用于多种疾病,例如传染病病原体的检测、癌症相关的基因突变的检测。
使用SHERLOCK可以分辨出美洲寨卡病毒和非洲寨卡病毒,两种病毒株差异显著
在研究中,他们用含有寨卡病毒和登革热病毒的血样进行了测试,结果显示,即使病毒的滴度(即病毒的毒力)很低,SHERLOCK还是能捕捉到,而且对于类型很是相似的非洲寨卡病毒和美洲寨卡病毒,SHERLOCK也能准确的分辨出它们的“身份”。除了血液之外,唾液和尿液也都可以“为SHERLOCK所用”。
除了病毒的检测外,在大热的癌症液体活检方面,SHERLOCK也显示了一把它的身手。在人体内,每时每刻都有DNA片段进入血液循环中,对于肿瘤患者来说也不例外,所以血液中也能检测到与肿瘤有关的DNA片段。但是肿瘤相关DNA的比例极低,因而检测的难度也是很大的。在研究人员的设计下,他们用酶将DNA转化为RNA,这样SHERLOCK就可以靶定血液中的与肿瘤有关的突变了!
研究人员以两个基因突变为例,进行了验证,他们发现,即使突变的基因只占到基因组DNA的0.1%,SHERLOCK还是能够将它们检测出来!这无疑会为液体活检领域带来不小的进步。研究的第一作者Jonathan Gootenberg说:“SHERLOCK对两种类型的核酸(DNA和RNA)都很有用,它真正的优势在于切割完特定片段之后还具有活性,能够触发‘荧光报告’,让我们知道。”
在人类基因组中,SHERLOCK可以检测出不同的多个单核苷酸多态性(SNP)
除了这些之外,SHERLOCK还可以检测人类基因组中的多个单核苷酸多态性(SNP,指基因组水平上单个核苷酸变异引起的DNA序列的多态性,是人类可遗传变异中最常见的一种)、抗生素抗性基因、区别包括大肠杆菌和铜绿假单胞菌在内的5种特定类型的细菌,而且根据研究人员的介绍,SHERLOCK甚至还可以区分肺炎球菌和杆菌不同的耐药突变类型!这些对于细菌感染患者的诊断、治疗都有非常重大的意义。
对于如此强大的SHERLOCK,曾经“挑过刺儿”的Doudna教授表示,“未来有很多疾病的检测会应用到SHERLOCK,我们很高兴看到他们的新成果建立在我们曾经提出的‘疾病检测’的主意上,而且我们曾经的‘检验工作’看起来对他们也非常有帮助。”[5]
目前,SHERLOCK在使用的时候可以将所需要的化学物质放在一张玻璃纤维纸上,在各种场景中使用,而且每次的成本只需要61美分。研究人员认为,如此方便、快捷的测试对于新传染病爆发时的准确检测有着十分重大的意义,因为传染病最开始出现的地方往往是一些环境较差的不发达国家。
由于SHERLOCK广泛的应用范围,所以如何“商业化”也是研究人员很关心的一个问题,Collins教授说,他们目前正在积极的探索中,很可能会成立一家公司来实现这个目标。当然了,商业化的SHERLOCK什么时候能够正式进入市场,这一切都还需要技术的继续完善和FDA等机构的监督和认可。
参考文献:
[1]Jonathan S. Gootenberg et al. Nucleic acid detection with CRISPR-Cas13a/C2c2. Science, 2017 DOI:10.1126/science.aam9321
[2] Abudayyeh O O, Gootenberg J S, Konermann S, et al. C2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector[J]. Science, 2016, 353(6299): aaf5573.
[3] East-Seletsky A, O'Connell M R, Knight S C, et al. Two distinct RNase activities of CRISPR-C2c2 enable guide-RNA processing and RNA detection[J]. Nature, 2016, 538(7624): 270-273.
[4] Piepenburg O, Williams C H, Armes N A, et al. Recombinase polymerase amplification: U.S. Patent 7,399,590[P]. 2008-7-15.
[5] http://www.sciencemag.org/news/2017/04/new-crispr-tool-can-detect-tiny-amounts-viruses
来源:奇点网 作者:应雨妍
为你推荐
资讯 艾力斯引进引进潜在全球首创ADC,切入妇科肿瘤赛道
该药物为潜在全球首创(First-in-class)MUC16 NaPi2b 双靶点四价 ADC,主力布局卵巢癌、子宫内膜癌,标志艾力斯正式进军妇科肿瘤领域,补齐公司 ADC 大分子管线空白。
2026-08-14 16:52
资讯 百时美施贵宝首个CELMoD药物iberdomide获美国FDA加速批准
联合达雷妥尤单抗皮下注射液和地塞米松(IberDd),用于治疗既往接受过至少一线治疗(包括一种蛋白酶体抑制剂和一种免疫调节剂)的多发性骨髓瘤成人患者
2026-08-14 16:23
资讯 全球首创三靶点激动剂DR10624入选国家科技重大专项
华东医药股份有限公司控股子公司浙江道尔生物科技有限公司自主研发的全球首创(First-in-class)长效三靶点激动剂DR10624成功入选并获得国家科技重大专项资助
2026-08-13 16:17
资讯 宝莱特虽控制权变更终止,但实控人已股权套现1.75亿元
8 月 9 日晚间,创业板上市公司宝莱特发布公告宣布终止筹划控制权变更事项。这距离公司因控股股东筹划控制权变动而停牌,仅仅过去 9 个交易日。
2026-08-12 21:26
资讯 好大夫医生版升级为阿福医生版,全球范围率先实现医患双端布局和深度联动
8月12日,蚂蚁集团旗下医生应用“好大夫医生版”正式升级为“蚂蚁阿福医生版”,为全国数百万医生配备医学和AI分身两大AI助手,支持医生借助AI一站式高效完成患者管理、科研检索...
2026-08-12 19:08
资讯 FDA批准首款mRNA流感疫苗
近日,美国美国食品药品监督管理局(FDA)批准了莫德纳的流感疫苗mFLUSIVA,用于50岁及以上人群。该公司表示,这是全球首款获批用于季节性流感预防的mRNA疫苗。
2026-08-10 11:28
资讯 联影 东软最新MR中标价格
近日,中国政府采购网发布《福建省2025-2026年度MR医用设备集采结果公告(采购包1、2、3)》。本次采购标的为医用磁共振设备,共计32台,预算金额为3 1亿元,最终东软和联影中标。
2026-08-10 10:44
资讯 全国首票进境动物源性生物材料跨省联合监管业务落地
8月4日,一辆专用冷链运输车从一家生物医药公司上海基地驶向无锡。车上装载的是一批从海外进口,经上海外高桥保税区海关检疫合格,并在上海基地完成检测分库的中国仓鼠卵巢细胞...
2026-08-10 10:13
资讯 恒瑞医药双靶点GLP-1/GIP瑞普泊肽注射液中国T2DM口服药控制不佳人群Ⅲ期研究取得积极顶线结果
近日,恒瑞医药宣布,GLP-1 GIP双重受体激动剂瑞普泊肽(HRS9531,大中华区外称KAI-9531)注射液治疗经二甲双胍单药或联合SGLT2抑制剂治疗后血糖控制不佳成人2型糖尿病患者的中...
2026-08-07 17:23
资讯 韩宇药业提交了替尔泊肽的国内首仿上市申请
据国家药审中心官网显示,8月6日,翰宇药业申报的替尔泊肽注射液上市申请获得受理,注册分类为4类(境内外均已上市的药品的仿制药)。从目前公开信息看,这是国内首个替尔泊肽注...
2026-08-07 16:35
资讯 礼来半年报业绩大增,二次上调全年业绩指引
8月5日,礼来公布了2026年上半年业绩——总营收427 73亿美元,同比增长49%。其中,第二季度营收229 74亿美元,同比大增48%。此前,礼来第一季度实现营收197 99亿美元,同比增...
2026-08-07 15:57
资讯 全球首款 mRNA 季节性流感疫苗诞生!Moderna mFLUSIVA 获 FDA 批准
美国食品药品监督管理局(FDA)正式批准 Moderna 研发的 mRNA 季节性流感疫苗mFLUSIVA(mRNA-1010)上市,用于 50 岁及以上成人预防季节性流感
2026-08-07 13:07
资讯 荣昌生物2026年半年度业绩
根据预告,荣昌生物预计 2026 年半年度实现营业收入约 58 5亿元,与上年同期相比,将增加收入约 47 52亿元,同比增加约 433%。预计 2026 年半年度实现归属于母公司所有...
2026-08-06 21:31












