在一項新的研究中，首次開發(fā)出了一種快速而又廉價的高度靈敏的基于CRISPR的診斷工具---SHERLOCK(Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing)。研究人員極大地增強了這種工具的功能，并且開發(fā)出一種微型試紙條測試方法，這種測試方法允許用肉眼觀察到測試結果，而無需使用昂貴的設備。相關研究結果于2018年2月15日在線發(fā)表在Science期刊上，論文標題為“Multiplexed and portable nucleic acid detection platform with Cas13, Cas12a, and Csm6”。

圖片來自Zhang lab, Broad Institute。

　　這些研究人員開發(fā)出一種簡單的試紙條用于顯示單個遺傳標記的測試結果，就好比于妊娠試驗中常見的視覺線索。在將試紙條浸入經(jīng)過處理的樣品中后，就會出現(xiàn)一條線來指示靶分子是否被檢測到。

　　這種新的特征有助于為現(xiàn)場測試(比如在流行病爆發(fā)期間)鋪平道路。這些研究人員還增加了SHERLOCK的靈敏度，并增加準確地定量確定樣品中的靶分子水平和一次測試多種靶分子的能力?？傊@些進展加快SHERLOCK快速和精確地檢測樣本中的遺傳特征(包括病原體和腫瘤DNA)的能力。

　　正如這項新的研究所描述的那樣，這些新的進展建立在這些研究人員開發(fā)的SHERLOCK早期版本之上，并且有越來越多的研究領域將CRISPR系統(tǒng)用于基因編輯之外的用途。這項新的研究是由麻省理工學院、哈佛大學和布羅德研究所的研究人員領導的，有潛力對研究和全球公共健康產(chǎn)生變革性的影響。

　　論文通信作者、布羅德研究所核心成員Feng Zhang 教授說，“SHERLOCK提供一種廉價的、易于使用的和靈敏的診斷方法來檢測核酸物質---這能夠意味著病毒、腫瘤DNA和很多其他的靶標。如今，對SHERLOCK的改進給我們提供了更多的診斷信息，并且讓我們更接近于提供一種在實際應用中進行部署的工具。”

　　這些研究人員之前展示了SHERLOCK在各種應用中的實用性。在這項新的研究中，他們利用SHERLOCK檢測肺癌患者血液樣本中的無細胞腫瘤DNA，同時檢測人工合成的寨卡病毒和登革熱病毒，以及提供其他的展示。

　　試紙條上的明確結果

　　論文共同第一作者、Zhang實驗室研究生Jonathan Gootenberg說，“這種新的采用了SHERLOCK技術的試紙條測試結果讓你觀察到你的靶標是否存在于樣品中，而無需使用儀器。這讓我們更接近于現(xiàn)場診斷?！?p>　　這些研究人員設想SHERLOCK具有廣泛的用途，這要歸功于它在核酸靶標檢測方面的多功能性。Zhang補充道，“這種技術展示了它在許多醫(yī)療保健應用中的潛力，包括診斷患者體內(nèi)的感染和檢測賦予耐藥性或導致癌癥的突變，不過它也能夠用于工業(yè)和農(nóng)業(yè)應用中，在這些應用中，供應鏈中的監(jiān)控步驟能夠減少浪費和提高安全性?！?p>　　基本原理

　　SHERLOCK取得成功的關鍵在于一種被稱作Cas13的CRISPR相關蛋白，這種蛋白經(jīng)編程后結合到一段特定的RNA片段上。Cas13的靶標能夠是任何基因序列，包括病毒基因組、在細菌中賦予抗生素耐藥性的基因或者導致癌癥的突變。在某些情況下，一旦Cas13定位到并切割它指定的靶標，這種酶就會超速運轉，從而不加區(qū)別地切割附近的其他RNA。為了開發(fā)出SHERLOCK，這些研究人員將這種“脫靶”活性轉化為它的優(yōu)勢，從而設計出這種與DNA和RNA相兼容的系統(tǒng)。

　　SHERLOCK的診斷潛力依賴于額外的在遭受切割后產(chǎn)生信號的合成RNA鏈。在Cas13結合到它的初始靶標后，它會切割這種合成RNA，釋放出信號分子，從而產(chǎn)生指示它的靶標存在或不存在的測量值。

　　檢測多種靶標

　　SHERLOCK平臺如今能夠適用于測試多種靶標。SHERLOCK最初一次只能檢測到一種核酸序列，但是如今一次分析能夠同時為多達4種不同的靶標提供熒光信號---這意味著需要更少的樣品用于診斷中。比如，這種新的SHERLOCK版本能夠在單一反應中確定一種樣品是否含有寨卡病毒或登革熱病毒顆粒，這些病毒顆粒會導致患者出現(xiàn)類似的癥狀。這種平臺利用來自不同細菌種類的Cas13和Cas12a(以前稱為Cpf1)酶產(chǎn)生這些額外的信號。

　　增加的靈敏度

　　SHERLOCK的第二次迭代也使用了一種額外的CRISPR相關酶(即Csm6)來放大它的檢測信號，從而使得這種工具比它的前身具有更高的靈敏度。論文共同第一作者、Zhang實驗室的麻省理工學院研究生Omar Abudayyeh解釋道，“利用最初的SHERLOCK，我們能夠檢測到1微升樣品中的單個分子，但如今我們能夠讓這種靈敏度增加100倍。這對檢測血液樣品中無細胞腫瘤DNA之類的應用是特別重要的，在這些應用中，靶標分子的濃度可能是非常低的。這種新一代的特性有助于讓SHERLOCK成為一種更加精確的系統(tǒng)?！?p>　　參考資料：

　　Jonathan S. Gootenberg, Omar O. Abudayyeh, Max J. Kellner et al. Multiplexed and portable nucleic acid detection platform with Cas13, Cas12a, and Csm6. Science, Published online: 15 Feb 2018, doi:10.1126/science.aaq0179