張鋒教授團隊開發新冠病毒CRISPR檢測技術

今日,麻省理工學院(MIT)的麥戈文腦科學研究所(McGovern Institute for Brain Research)宣布,張鋒教授團隊利用基於CRISPR的技術,開發了一種檢測新冠病毒RNA的方法。它僅需純化的核酸分子樣本,通過簡單的三步,就能在1個小時的時間里完成檢測。

由於這項技術還比較初步,尚未在真實患者樣本中做過檢測,因此科學家們也強調,這個方法目前不能用於臨床上對新冠病毒感染的診斷。

張鋒教授團隊開發新冠病毒CRISPR檢測技術

火眼金睛的福爾摩斯

在相關的論文中,張鋒教授團隊指出,面對新型冠狀病毒的爆發,目前主要的檢測手段是qPCR。但我們也需要意識到,qPCR所需的試劑和設備並不總是容易獲得。在一定程度上,這也會影響到疾病診斷的速度。為了推進對疾病的診斷,研究人員們也正在開發新型的診斷工具。他們在論文中描述的工具,便是在這個前提下誕生的。

這個工具利用的是張鋒教授團隊在2017年於《科學》雜誌上發表的SHERLOCK技術。這個技術與夏洛克·福爾摩斯同名,實則為「Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing」技術的縮寫。從名字上看,它具有特異的高靈敏度。

張鋒教授團隊開發新冠病毒CRISPR檢測技術

▲本研究基於2017年《科學》雜誌上的一項研究(圖片來源:參考資料[4])

而基於CRISPR技術誕生的它,也的確有着福爾摩斯般的「火眼金睛」。在2017年的《科學》論文中,研究人員們指出,這套系統無論對RNA還是DNA,靈敏度都達到了單分子級。

檢測新冠病毒的技術原理

從原理上看,這項技術並不難理解。SHERLOCK的核心是一種叫做Cas13a的酶和與其結合的向導RNA。根據新冠病毒的RNA序列,研究人員們精心設計了兩種向導RNA,一種識別新冠病毒的S基因,另一種識別Orf1ab基因。為了最大程度提高檢測的准確率,科學家們挑選的都是最具新冠病毒特異性的序列。這樣一來,其他呼吸道病毒基因組帶來的干擾也能被降到最低。

基於這個設計,理論上說,只要樣本里有新冠病毒所對應的RNA,向導RNA就能對其進行精準的識別,並激活與其結合的Cas13a蛋白。Cas13a是一種很有趣的酶,一旦被激活,它就會不分青紅皂白,瘋狂切開它所遇到的任何其他RNA分子。也正是利用這種特性,研究人員們在樣本里還會添加一種通過RNA相連接的特殊分子。一旦Cas13a得到激活,這種特殊分子上的RNA就會被切斷。這樣一來,通過確認這些分子有沒有被切斷,我們就能知道最初的樣本里有沒有新冠病毒的存在。

張鋒教授團隊開發新冠病毒CRISPR檢測技術

▲通過確認這些分子有沒有被切斷,我們就能知道最初的樣本里有沒有新冠病毒的存在(圖片來源:參考資料[3])

一般來說,後續的檢測工作並不需要太多繁瑣的步驟,所需的僅僅是一些能夠特異識別「完整分子」和「切斷分子」的試紙。如果樣本里不存在新冠病毒,那麼試紙標識「完整分子」的較低位置上,就會出現一條條帶;相反,如果樣本里真的有新冠病毒對應的RNA,那麼在代表「切斷分子」的較高位置上,會出現另一條條帶。通過條帶位置的不同,我們很容易就能確認新冠病毒的存在與否。

張鋒教授團隊開發新冠病毒CRISPR檢測技術

▲通過條帶的不同位置,我們可以判斷有沒有新冠病毒的存在(圖片來源:參考資料[1])

簡單三步,僅需1個小時

張鋒教授團隊也介紹了進行這項檢測的步驟。完整流程可點擊文末「閱讀原文/Read More」,這里僅列出一些關鍵信息:

利用常規的同溫擴增技術,對提取的核酸樣本進行擴增。這一步需要25分鍾,維持42攝氏度。

在樣本里加入Cas13蛋白,向導RNA,以及起到報告作用的特殊分子。然後在37攝氏度下,繼續反應30分鍾。

使用試紙對第二步里獲得的樣本進行檢測。這一步大約需要2分鍾的反應。

張鋒教授團隊開發新冠病毒CRISPR檢測技術

研究人員們表示,在測試中,他們能夠穩定檢測出新冠病毒的序列,而且靈敏度很高——每微升里僅需100個拷貝,乃至10個拷貝,都可以被檢測出來。

總結

總體來看,研究人員們指出,僅僅從患者體內分離純化出RNA,再利用上述這些步驟,就有望在1個小時內進行診斷,而無需復雜的各種設備。任何有意測試這項技術的科研人員,都可以在線申請材料(https://www.addgene.org/91909/,或[email protected])。

但他們也一再強調,這一技術尚未用在患者的樣本上,所以沒有得到驗證,不可直接用於臨床診斷。他們也將與其他研究人員們合作,不斷在線更新最新的技術指導。

值得一提的是,世界衛生組織在本周針對新冠病毒的研究大會上,明確指出「開發准確並且使用簡便的診斷檢測」是當務之急。我們也期待這一技術能早日得到驗證,協助病患的診斷。

來源:cnBeta