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 国家药监局:将符合条件的细胞与基因治疗药品纳入创新药临床试验审评审批30日通道
国家药监局综合司公开征求《关于优化细胞与基因治疗药品审评审批有关事项的公告(征求意见稿)》意见。
2026-07-04 10:22
资讯 虚开价税合计金额1.89亿元,沈阳奥吉娜被取消挂网
近日,辽宁省公共资源交易中心发布《沈阳奥吉娜药业有限公司医药价格和招采信用评价结果》,沈阳奥吉娜失信等级被评定为“特别严重失信”,失信行为是存在让他人为自己虚开增值...
2026-07-03 15:14
资讯 石药创新与阿斯利康达成新型小干扰核酸候选药物BD合作,里程碑付款最高17.4亿美元
7月2日,晚间,石药创新发布公告,公司控股子公司石药集团巨石生物制药有限公司与阿斯利康于 2026 年 7 月 1 日签署《合作、选择权及授权协议》,将与阿斯利康在新型小干...
2026-07-03 11:42
资讯 翰宇药业的“雷”
2025 年公司实现归属于母公司所有者的净利润约0 36亿元,未发生亏损,但因以前年度累计亏损金额较大,本年度盈利仍无法弥补以前年度的累计亏损,导致公司未弥补亏损金额超过实...
2026-07-03 10:35
资讯 Cytiva发布本土化全自动工业层析柱,首次集中呈现本地制造核心能力
Cytiva(思拓凡)正式宣布其下游纯化领域标杆产品——全自动工业层析柱实现本土化生产,并首次集中呈现由Cytiva北京生产基地、桐庐生产基地及珠海合作工厂共同构筑的本地制造能力
2026-07-02 17:09
资讯 蚂蚁阿福公布“科学减重1亿斤”最新活动:21天打卡挑战赛,平分10万奖金
继1分钱抢体脂秤后,今日,蚂蚁阿福发布科学减重1亿斤行动最新活动。为鼓励大家坚持减重,阿福继续加码,于今日正式上线21天打卡挑战赛。
2026-07-02 14:30
资讯 英矽智能与武田制药达成 6 亿美元全球战略合作,AI 制药赛道持续升温
双方将依托英矽智能自主研发的端到端 Pharma AI 药物研发平台,在武田选定的多个疾病治疗领域联合推进创新候选药物研发,交易总金额最高可达 6 亿美元。
2026-07-02 13:36
资讯 和誉医药与阿斯利康达成战略合作,联手推进口服 PD-L1 联合 EGFR-TKI 治疗非小细胞肺癌
本次联合研究为一项多中心、开放标签的 I II 期临床试验,旨在评估和誉医药自主研发的口服小分子 PD-L1 抑制剂 ABSK043(通用名 lumipodlin)联合阿斯利康第三代 EGFR ...
2026-07-02 13:28
资讯 国内首款上市CAR-T疗五年治疗超1500例患者
上市五年成绩单显示复星凯瑞已在全国29个省(区、市)建立200多家奕凯达高标准治疗中心,阿基仑赛注射液已累计治疗超1500例复发 难治性淋巴瘤患者,平均每年约300例。
2026-07-02 11:55
资讯 君实生物与复星万邦签订授权许可协议,首付款2.15亿元
6月30日,君实生物发布公告,公司于2026年6月30日与复星医药全资子公司复星万邦签订授权许可协议,授权复星万邦关于偌考奇拜单抗(JS005,抗IL-17A单抗)在大中华地区的开发、注册...
2026-07-02 11:26
资讯 FDA批准同种异体细胞疗法Tregzi上市,用于移植物抗宿主病
6月30日,FDA批准Orca Bio公司开发的同种异体细胞疗法Tregzi上市。该疗法适用于接受匹配供者清髓性预处理的血液系统恶性肿瘤(如急性髓系白血病、急性淋巴细胞白血病、骨髓增生...
2026-07-01 14:58
资讯 国家药监局发布《脑机接口医疗器械产品分类界定指导原则》和《脑机接口医疗器械通用名称命名指导原则》
根据分类指导原则,若产品为侵入式 植入式脑机接口医疗器械,按照第三类医疗器械管理。
2026-07-01 11:22
资讯 翰宇药业替尔泊肽获FDA首仿受理,适应症降糖及减重
6月30晚间,韩宇药业发布公告称,近日,深圳翰宇药业股份有限公司向美国食品药品监督管理局申报的替尔泊肽注射液(TirzepatideInjection)新药简略申请(ANDA)已获得FDA的受理审查通知。
2026-06-30 20:02
资讯 剂泰科技TCE候选药物BD,最高16亿美元里程碑付款
6月30日,剂泰科技发布公告宣布与全球知名医疗健康投资机构 Deerfield Management 旗下创新免疫疗法企业 Boulevard Bio 达成全球独家许可合作协议,公司自研新一代三特异...
2026-06-30 16:26
资讯 真健康医疗今日港交所上市,股价今日翻番
6月30日,真健康医疗正式在港交所主板挂牌上市,发售价定为每股126 20港元,最终今日收盘价为400元 股,,市值突破140亿港元。
2026-06-30 16:22
资讯 法院判决:百奥赛图RenNano平台未侵犯和铂医药抗体产品专利
6月29日,百奥赛图公告,公司和铂医药于2024年9月针对百奥赛图的RenNano平台及该平台获得的抗体产品侵犯其发明专利(专利号ZL201210057668 0)提起诉讼,上海知识产权法院已作...
2026-06-30 13:51









