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 呋喹替尼联合疗法获批晚期肾细胞癌患者二线治疗新适应症
5月21日,和黄医药宣布,其自主研发创新药物呋喹替尼获得中国国家药品监督管理局(NMPA)批准,联合信迪利单抗用于治疗既往接受血管内皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂(VEGFR-...
2026-05-22 15:56
资讯 刚果(金)与乌干达埃博拉疫情:国际SOS发布企业员工支持建议
近日,世界卫生组织(WHO)宣布,当前影响刚果民主共和国和乌干达的埃博拉疫情构成“国际关注的突发公共卫生事件”(PHEIC)。
2026-05-22 13:47
资讯 早筛 戒烟 筑牢膀胱癌第一道防线
每年的5月是“膀胱关爱月”,根据国家癌症中心发布的《2024年全国癌症报告》显示,膀胱癌位居我国恶性肿瘤发病第 11 位。2022年中国膀胱癌发病率为7 3 10万人,死亡率为4...
文/刘思 2026-05-22 13:31
资讯 再鼎医药总裁兼首席运营官离职
5月22日早间,再鼎医药发布公告称,公司董事会已于5月18日决定,Josh Smiley不再担任公司总裁兼首席运营官,相关决定自当日起生效,其在公司的最后任职日期为5月22日。
2026-05-22 11:45
资讯 共建多元支付,加速创新可及:镁信健康与辉瑞中国达成战略合作
双方将依托长期合作基础,以多元支付为基石,以数据洞察和AI技术为引擎,加速前沿创新药落地中国,全方位提升患者用药可及性与健康服务体验,助力构建多层次医疗保障体系。
2026-05-21 17:57
资讯 拜耳可申达(非奈利酮片)在中国获批用于LVEF≥40%的心力衰竭成人患者
拜耳宣布中国国家药品监督管理局(NMPA)批准高选择性非甾体类盐皮质激素受体拮抗剂可申达(非奈利酮片)用于射血分数(LVEF)≥40%的心力衰竭成人患者,以降低心血管死亡、因心...
2026-05-21 17:51
资讯 冯慧宇教授:从“活下去”到“活得好”,重症肌无力迈入精准治疗时代
作为深耕重症肌无力领域数十年的临床专家,她用一个个真实的患者故事,揭示了这个有着 300 多年历史的古老疾病在当代诊疗中的核心痛点,并分享了对创新药发展和患者全程管理的...
文/张蓉蓉 2026-05-21 15:48
资讯 2026年“家庭健康促进计划-健康同行1+1公益项目” 在西安医学院正式启动
5月18日,由中国妇女发展基金会主办,陕西省妇联、陕西妇女儿童发展基金会、西安医学院协办,默沙东公益支持的“家庭健康促进计划-健康同行1+1公益项目西安高校健康跑暨2026启动...
2026-05-21 15:37
资讯 爱尔眼科补交税款及滞纳金5.24亿元
5月20日,爱尔眼科(300015 SZ)发布公告称,其根据国家税收法律法规相关要求进行自查后,需补缴税款3 48亿元,并支付滞纳金1 76亿元,合计金额达5 24亿元。目前,上述税款...
2026-05-21 15:36
资讯 复宏汉霖引进第三代口服EGFR-TKI产品
近日,复宏汉霖宣布与江苏正大丰海制药有限公司及其旗下江苏创特医药科技有限公司达成战略合作。根据约定,复宏汉霖将获得由江苏创特自主研发的口服小分子三代表皮生长因子受体...
2026-05-21 11:28
资讯 冠脉支架国家集采第二轮接续采购在天津开标,27个产品拟中选
5月20日,国家组织冠脉支架集中带量采购第二轮接续采购在天津开标。共15家企业的30个产品参与投标,投标企业全部中选,27个产品获拟中选资格。
2026-05-20 21:05
资讯 因美纳发布年度企业责任报告,持续提升基因组学可及性,加速拓展全球影响力
报告重点介绍了公司在推动基因组学公平可及方面取得的持续进展,以及为全球患者、社区和医疗系统带来可衡量的影响
2026-05-20 18:14
资讯 罗欣药业因生产劣药被处罚186万元
5月18日,山东省药监局发布的行政处罚信息显示,罗欣药业因生产销售不符合国家药品标准的注射用阿奇霉素,被处以没收药品609支、没收违法所得6 8万元并处罚款180万元,罚没款合...
2026-05-20 16:01
资讯 集采心脏支架临床使用超千万
2020年,心脏支架成为首批国家组织高值医用耗材集中带量采购品种,国内外企业的10个临床主流产品中选,普遍降至1000元以下,我国心脏支架基本告别“万元时代”。
2026-05-20 13:46
资讯 我国启动首个128通道全植入式脑机接口系统多中心临床试验
5月18日,我国正式启动首个128通道全植入式脑机接口系统多中心临床试验,这项试验由首都医科大学附属北京天坛医院担任组长单位。
2026-05-19 21:08
资讯 国产口服小分子GLP-1减重适应症完成III临床试验,即将申报NDA
5月18日,成都闻泰医药科技股份有限公司宣布,公司自主研发的每日一次口服小分子GLP-1受体激动剂VCT220片,在中国超重或肥胖受试者中的关键Ⅲ期临床试验取得积极顶线结果,计划...
2026-05-19 18:07
资讯 辐联科技完成超 10 亿人民币融资,加速核药临床开发与全球同位素产能布局
本轮融资由全球医疗健康投资机构维梧资本领投,辐联科技战略合作伙伴 SK Biopharmaceuticals 以及成为资本、红杉中国、佳辰资本、楹联健康基金、Plaisance、Sky9、TSG 资本等多家优质机构跟投。
2026-05-19 18:02








