CRISPR技术:快速检测埃博拉 拉沙热 HPV

来源:新浪科技发布时间:2019-04-17

CRISPR技术有望实现拉沙热等疾病的早期诊断,控制传染病蔓延。

强大的基因编辑工具有望实现拉沙热等疾病的早期诊断,控制传染病蔓延。

尼日利亚爆发的拉沙热感染今年已造成69人死亡,或将成为史上有记录的最致命疫情。为了减少今后几年的拉沙热死亡人数,尼日利亚的研究人员正尝试开发一种基于基因编辑工具CRISPR的全新诊断性测试方法。

CRISPR技术:快速检测埃博拉 拉沙热 HPV

Fehintola Ajogbasile是尼日利亚非洲传染性疾病基因组卓越中心(the African Centre of Excellence for   Genomics of Infectious Diseases)的一名研究生,她正在运用CRISPR诊断性测试方法寻找血液样本中的拉沙病毒。  

新方法将依赖于CRISPR根据编程程序搜寻基因片段的能力——此处目标特指拉沙病毒的RNA。如果这个方法取得成功,就能在早期发现各种病毒感染的症状,让治疗方法更为高效,帮助医务人员控制传染病的蔓延。

洪都拉斯和美国加州的科学家正在测试将CRISPR诊断用于检测登革热病毒、寨卡病毒和人乳头瘤病毒(HPV)癌症相关毒株的效果。同时,刚果民主共和国正计划开展对埃博拉病毒进行CRISPR检测的研究。

尼日利亚救世主大学的分子生物学家Jessica Uwanibe正在开发一种拉沙热诊断方法,她认为强大简便的检测有助于降低拉沙热的死亡率——拉沙热的死亡率可高达60%。“我正在做的研究关乎无数人的生命。”

“试用”期

大部分传染病的诊断都要借助于专业知识、精密设备和充足电源,而这些资源在拉沙热爆发的地区都很紧张。CRISPR检测方法对传染病的诊断准确率与传统方式不相上下,又几乎和家庭验孕一样简单,是一种很有吸引力的做法。由于经过改造的CRISPR可以靶向特定基因序列,研究人员希望开发出一种基于CRISPR的工具,可以通过微调在一周内识别出正在传播的所有病毒毒株。

加州大学伯克利分校的生物化学家Jennifer Doudna正在开发一些类似工具,她说:“这是CRISPR大有可为的一个方向。”

麻省理工学院-哈佛大学博德研究所的研究人员将CRISPR与Cas13蛋白联用,开发出一种CRISPR 诊断技术,而Uwanibe团队正在对这一技术进行测试。与最早用于CRISPR基因编辑的Cas9酶不同的是,Cas13能够根据要求切割靶基因序列,再对RNA进行任意切割。虽然这种行为在编辑基因时会出现问题,但对于诊断来说则是一大利器,因为所有切割都能作为信号。

2018年,博德研究所团队将最新修正的检测方法命名为SHERLOCK,并在其中增加了被Cas13切割后会释放信号的RNA分子。被切割的RNA会在纸带上形成深色带 ——效果类似于验孕测试的视觉提示,这些深色带的出现表示改造后的CRISPR所要寻找的目标基因序列是存在的。

目前,尼日利亚的团队正在测试这类诊断方法,观察其经过改造后在人体内寻找拉沙病毒的准确性——这些人群的拉沙病毒会先通过传统试验室方法聚合酶链式反应(PCR)得到确认。

博德研究所的遗传学家Kayla Barnes 表示,SHERLOCK在尼日利亚的检测费用只有PCR的一半,约两小时就能出结果,而PCR需要四小时。两种检测手段都需要用电处理样本,但SHERLOCK对停电的敏感度不像PCR这么高,而停电现象在尼日利亚可谓见怪不怪。Barnes说:“我们希望实现只靠一个加热器就能带动整个汽车发电机。” 

增兵添将

Doudna团队开发的其它CRISPR检测方法利用不同属性和专利的Cas蛋白靶向不同的疾病。他们会用Cas12a蛋白诊断HPV,而不是Cas13。Cas12a在锁定靶标后也能进行任意切割,但切割的是DNA而不是RNA。这种检测能够区分与宫颈癌或肛门癌有关的两类HPV。

Doudna希望这种检测方法能帮助非洲国家控制宫颈癌的死亡率——由于诊断过迟造成的治疗延误在这些国家很常见。去年,Doudna与他人在旧金山建立了初创公司Mammoth Biosciences,希望能进一步开发这种诊断方法。目前,该公司正利用来自加州的人员血液样本进行测试。

伯克利分校和Mammoth的研究人员希望借由新发现的Cas14和CasX蛋白,进一步壮大CRISPR工具箱,Cas14和CasX的体积较小,很适合被纳入诊断技术当中。

市场应用潜力

世界卫生组织的一名技术官员Dhamari Naidoo说:“这些创新非常振奋人心。”但她也表示,如果要让CRISPR检测惠及低收入国家,一如技术开发人员所希望的那样,研究人员就必须确保技术获得许可,具备制造条件且定价合理。

Naidoo认为研究人员对这一层面常欠缺考虑。比如,已经开发的埃博拉病毒诊断性测试约有十几种,但在刚果民主共和国最新爆发的埃博拉疫情中,只有两种能投入使用。其余检测方法皆因经济困难而被迫搁置,如市场规模过小,无法摊付制造商的生产和分销成本。

此外,加州大学伯克利分校与博德研究所之间持续不断的专利纷争,让基于CRISPR的诊断方法从经济角度看来也是面临着重重困难。但Doudna与博德研究所SHERLOCK项目负责人Pardis Sabeti均表示,他们一定会许可自己的工具,让那些需要诊断的人用上这些技术。

对于Uwanibe来说,这一天早已等不及了。她说:“我希望我们的速度能再快一点。”


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