CRISPR實現(xiàn)快速診斷疾病，這是基因編輯的小眾賽道

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來源：動脈網(wǎng)

2019-03-29

基因編輯技術(shù)CRISPR已經(jīng)催生了一些旨在使用該工具開發(fā)新療法的初創(chuàng)公司，現(xiàn)在介紹的是該技術(shù)應(yīng)用的另一個不太擁擠的賽道——診斷測試。

美國加利福尼亞的一個學(xué)術(shù)研究團(tuán)隊開發(fā)了一種新技術(shù)，研究團(tuán)隊包括加州大學(xué)伯克利分校、Keck Graduate研究院、斯克里普斯學(xué)院、克萊蒙特麥肯納學(xué)院的研究人員，以及兩家生物技術(shù)初創(chuàng)公司Cardea Biosciences和Nanosens Innovations。

關(guān)于CRISPR-Chip的研究成果已經(jīng)發(fā)表于3月25日的《Nature Biomedical Engineering》上，進(jìn)一步證明了CRISPR-Cas技術(shù)在診斷領(lǐng)域的實用性。研究人員開發(fā)了一種基于石墨烯的新型手持設(shè)備，名為“CRISPR-Chip”，無需擴增或測序，就可以從患者的DNA樣本中進(jìn)行特定的基因突變數(shù)字檢測。

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更方便、更簡單、更快速的疾病檢測方式

大多數(shù)檢測核酸的方法需要許多試劑和昂貴的設(shè)備。而該手持裝置利用CRISPR的基因靶向能力，將一種部分失活的Cas9蛋白，與特異性的單鏈guild RNA復(fù)合并連接到基于石墨烯的晶體管上，實現(xiàn)核酸檢測功能。

“我們與合作伙伴一起開發(fā)了第一個使用CRISPR搜索基因組以尋找潛在突變的設(shè)備。”加州大學(xué)伯克利分校生物工程系助理教授、Keck Graduate研究院的Kiana Aran博士說：“你只需將純化的DNA樣品放在芯片上，讓CRISPR進(jìn)行搜索，石墨烯晶體管在15分鐘內(nèi)就可以報告這次搜索的結(jié)果。”

CRISPR-Chip原型在石墨烯晶體管上覆蓋了數(shù)千個CRISPR-Cas復(fù)合體，這些蛋白會在DNA中找到特定位點結(jié)合，但是不會剪切。如果CRISPR-Cas分子未能檢測到樣品中的靶基因，則DNA將被釋放而不會結(jié)合。然而，當(dāng)發(fā)現(xiàn)完美的序列匹配時，蛋白與其結(jié)合并觸發(fā)石墨烯的表面產(chǎn)生額外的電荷。石墨烯晶體管的導(dǎo)電率發(fā)生變化，由CRISPR-Chip檢測并且作為電信號讀出。

在論文中，Aran的團(tuán)隊使用CRISPR-Chip分析從表達(dá)藍(lán)色熒光蛋白bfp基因的HEK293T細(xì)胞系收集的DNA樣本，這是一種常用于驗證CRISPR-Cas基因編輯的基因。他們還檢測了由抗肌營養(yǎng)不良蛋白基因突變引起的杜氏肌營養(yǎng)不良癥（DMD）患者的臨床樣本。雖然突變可以在基因的所有79個外顯子中發(fā)生，但最常見的缺失發(fā)生在外顯子2-10和外顯子45-55。該團(tuán)隊使用CRISPR-Chip檢測這些常見缺失外顯子中的兩個（外顯子3或外顯子51）的突變，能夠在沒有任何預(yù)擴增的情況下特異性地檢測缺失。

“我們只需要大約1/10的頰部拭子DNA。”Aran說，“這項技術(shù)非常令人興奮，因為我們正在跳過通常需要在這些DNA樣本上進(jìn)行的大部分實驗室的處理程序。”所需的硬件大小與大型手機相當(dāng)，可以在筆記本電腦上運行，移動性非常強。

“設(shè)備的靈敏度為每微升3.3納克。”Aran說，“當(dāng)然，不同個體診斷測試的敏感性和特異性需要在臨床試驗中進(jìn)行測量，我們還沒有進(jìn)行到這一步工作。”

這個平臺“非常聰明”，亞利桑那州立大學(xué)生物設(shè)計研究所單分子生物物理中心主任Stuart Lindsay評論說，他沒有參與這項研究。“這里的新穎之處在于使用CRISPR進(jìn)行基因組檢索。通過化學(xué)物質(zhì)上DNA雜交來檢測靶基因是非常容易和相當(dāng)常規(guī)的，比如這里使用的石墨烯這種化學(xué)物質(zhì)。但是CRISPR的搜索功能允許它通過基因組尋找目標(biāo)靶，這就是為什么使用未擴增的DNA也可以實現(xiàn)。“

另外也有DNA分子電子學(xué)專家認(rèn)為，該文章的實驗數(shù)據(jù)相對較少，這使人懷疑結(jié)果是否可以重現(xiàn)。但是，Cardea首席技術(shù)官兼該研究的共同作者Brett Goldsmith博士斷言，“測試數(shù)據(jù)是我從納米電子傳感器中看到的和最可重復(fù)的數(shù)據(jù)之一。”

Goldsmith指出，“其他技術(shù)需要將DNA擴增，任何DNA擴增過程都會帶來相同的背景干擾問題。很少有人能做到在不擴增的情況下檢測DNA。“PCR擴增DNA只能在絕對必要的時候使用，因為在研究實驗室之外使用擴增會有很多實際問題。

未來，該裝置進(jìn)入臨床試驗后，可用于快速診斷疾病，通過快速基因檢測幫助醫(yī)生為患者制定個性化的治療計劃。同時，也可以在實驗室中用于監(jiān)測CRISPR是否與特定DNA序列結(jié)合，評估基于CRISPR的基因編輯技術(shù)的準(zhǔn)確性。據(jù)Aran稱，該實驗室將在今年準(zhǔn)備就緒，開始使用Cardea生產(chǎn)設(shè)備并與Keck Graduate研究院一起使用，但是要想進(jìn)入臨床試驗還有很復(fù)雜的程序。

CRISPR技術(shù)平臺檢測公司已有兩家

加州大學(xué)伯克利分校的CRISPR早期技術(shù)專家Jennifer A. Doudna，在2017年創(chuàng)立了Mammoth Biosciences。該公司擁有加州大學(xué)的技術(shù)許可，利用CRISPR技術(shù)完成傳染病、腫瘤學(xué)和基因突變方面的快速診斷。而就在今年3月22日，張鋒參與組建的Sherlock Biosciences公司剛剛成立，并獲得了3500萬的融資。該公司通過博德研究所獲得授權(quán)，也是基于CRISPR技術(shù)完成快速診斷。

眾多科學(xué)家正在參與CRISPR-Cas在診斷領(lǐng)域的發(fā)展，解決諸多難題。很多疾病、基因突變測試獲得結(jié)果可能需要很長時間，而且在發(fā)展中國家等低資源環(huán)境下可能無法進(jìn)行測試。如果科學(xué)家能夠開發(fā)新的診斷測試技術(shù)，可以顯著降低成本，提高便捷性，擴大可及性，讓醫(yī)療不可能三角的難題得以解決。

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