發(fā)布日期：2019-04-17
強(qiáng)大的基因編輯工具有望實(shí)現(xiàn)拉沙熱等疾病的早期診斷，控制傳染病蔓延。
尼日利亞爆發(fā)的拉沙熱感染今年已造成69人死亡，或?qū)⒊蔀槭飞嫌杏涗浀淖钪旅咔?。為了減少今后幾年的拉沙熱死亡人數(shù)，尼日利亞的研究人員正嘗試開發(fā)一種基于基因編輯工具CRISPR的全新診斷性測(cè)試方法。
Fehintola Ajogbasile是尼日利亞非洲傳染性疾病基因組卓越中心（the African Centre of Excellence for Genomics of Infectious Diseases）的一名研究生， 她正在運(yùn)用CRISPR診斷性測(cè)試方法尋找血液樣本中的拉沙病毒。新方法將依賴于CRISPR根據(jù)編程程序搜尋基因片段的能力——此處目標(biāo)特指拉沙病毒的RNA。如果這個(gè)方法取得成功，就能在早期發(fā)現(xiàn)各種病毒感染的癥狀，讓治療方法更為高效，幫助醫(yī)務(wù)人員控制傳染病的蔓延。
洪都拉斯和美國(guó)加州的科學(xué)家正在測(cè)試將CRISPR診斷用于檢測(cè)登革熱病毒、寨卡病毒和人乳頭瘤病毒（HPV）癌癥相關(guān)毒株的效果。同時(shí)，剛果民主共和國(guó)正計(jì)劃開展對(duì)埃博拉病毒進(jìn)行CRISPR檢測(cè)的研究。
尼日利亞救世主大學(xué)的分子生物學(xué)家Jessica Uwanibe正在開發(fā)一種拉沙熱診斷方法，她認(rèn)為強(qiáng)大簡(jiǎn)便的檢測(cè)有助于降低拉沙熱的死亡率——拉沙熱的死亡率可高達(dá)60%。“我正在做的研究關(guān)乎無(wú)數(shù)人的生命。”
“試用”期
大部分傳染病的診斷都要借助于專業(yè)知識(shí)、精密設(shè)備和充足電源，而這些資源在拉沙熱爆發(fā)的地區(qū)都很緊張。CRISPR檢測(cè)方法對(duì)傳染病的診斷準(zhǔn)確率與傳統(tǒng)方式不相上下，又幾乎和家庭驗(yàn)孕一樣簡(jiǎn)單，是一種很有吸引力的做法。由于經(jīng)過(guò)改造的CRISPR可以靶向特定基因序列，研究人員希望開發(fā)出一種基于CRISPR的工具，可以通過(guò)微調(diào)在一周內(nèi)識(shí)別出正在傳播的所有病毒毒株。
加州大學(xué)伯克利分校的生物化學(xué)家Jennifer Doudna正在開發(fā)一些類似工具，她說(shuō)：“這是CRISPR大有可為的一個(gè)方向。”
麻省理工學(xué)院-哈佛大學(xué)博德研究所的研究人員將CRISPR與Cas13蛋白聯(lián)用，開發(fā)出一種CRISPR 診斷技術(shù)，而Uwanibe團(tuán)隊(duì)正在對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行測(cè)試。與最早用于CRISPR基因編輯的Cas9酶不同的是，Cas13能夠根據(jù)要求切割靶基因序列，再對(duì)RNA進(jìn)行任意切割。雖然這種行為在編輯基因時(shí)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，但對(duì)于診斷來(lái)說(shuō)則是一大利器，因?yàn)樗星懈疃寄茏鳛樾盘?hào)。
2018年，博德研究所團(tuán)隊(duì)將最新修正的檢測(cè)方法命名為SHERLOCK，并在其中增加了被Cas13切割后會(huì)釋放信號(hào)的RNA分子。被切割的RNA會(huì)在紙帶上形成深色帶 ——效果類似于驗(yàn)孕測(cè)試的視覺(jué)提示，這些深色帶的出現(xiàn)表示改造后的CRISPR所要尋找的目標(biāo)基因序列是存在的。
目前，尼日利亞的團(tuán)隊(duì)正在測(cè)試這類診斷方法，觀察其經(jīng)過(guò)改造后在人體內(nèi)尋找拉沙病毒的準(zhǔn)確性——這些人群的拉沙病毒會(huì)先通過(guò)傳統(tǒng)試驗(yàn)室方法聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）得到確認(rèn)。
博德研究所的遺傳學(xué)家Kayla Barnes 表示，SHERLOCK在尼日利亞的檢測(cè)費(fèi)用只有PCR的一半，約兩小時(shí)就能出結(jié)果，而PCR需要四小時(shí)。兩種檢測(cè)手段都需要用電處理樣本，但SHERLOCK對(duì)停電的敏感度不像PCR這么高，而停電現(xiàn)象在尼日利亞可謂見(jiàn)怪不怪。Barnes說(shuō)：“我們希望實(shí)現(xiàn)只靠一個(gè)加熱器就能帶動(dòng)整個(gè)汽車發(fā)電機(jī)。”
增兵添將
Doudna團(tuán)隊(duì)開發(fā)的其它CRISPR檢測(cè)方法利用不同屬性和專利的Cas蛋白靶向不同的疾病。他們會(huì)用Cas12a蛋白診斷HPV，而不是Cas13。Cas12a在鎖定靶標(biāo)后也能進(jìn)行任意切割，但切割的是DNA而不是RNA。這種檢測(cè)能夠區(qū)分與宮頸癌或肛門癌有關(guān)的兩類HPV。
Doudna希望這種檢測(cè)方法能幫助非洲國(guó)家控制宮頸癌的死亡率——由于診斷過(guò)遲造成的治療延誤在這些國(guó)家很常見(jiàn)。去年，Doudna與他人在舊金山建立了初創(chuàng)公司Mammoth Biosciences，希望能進(jìn)一步開發(fā)這種診斷方法。目前，該公司正利用來(lái)自加州的人員血液樣本進(jìn)行測(cè)試。
伯克利分校和Mammoth的研究人員希望借由新發(fā)現(xiàn)的Cas14和CasX蛋白，進(jìn)一步壯大CRISPR工具箱，Cas14和CasX的體積較小，很適合被納入診斷技術(shù)當(dāng)中。
市場(chǎng)應(yīng)用潛力
世界衛(wèi)生組織的一名技術(shù)官員Dhamari Naidoo說(shuō)：“這些創(chuàng)新非常振奮人心。”但她也表示，如果要讓CRISPR檢測(cè)惠及低收入國(guó)家，一如技術(shù)開發(fā)人員所希望的那樣，研究人員就必須確保技術(shù)獲得許可，具備制造條件且定價(jià)合理。
Naidoo認(rèn)為研究人員對(duì)這一層面常欠缺考慮。比如，已經(jīng)開發(fā)的埃博拉病毒診斷性測(cè)試約有十幾種，但在剛果民主共和國(guó)最新爆發(fā)的埃博拉疫情中，只有兩種能投入使用。其余檢測(cè)方法皆因經(jīng)濟(jì)困難而被迫擱置，如市場(chǎng)規(guī)模過(guò)小，無(wú)法攤付制造商的生產(chǎn)和分銷成本。
此外，加州大學(xué)伯克利分校與博德研究所之間持續(xù)不斷的專利紛爭(zhēng)，讓基于CRISPR的診斷方法從經(jīng)濟(jì)角度看來(lái)也是面臨著重重困難。但Doudna與博德研究所SHERLOCK項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Pardis Sabeti均表示，他們一定會(huì)許可自己的工具，讓那些需要診斷的人用上這些技術(shù)。
對(duì)于Uwanibe來(lái)說(shuō)，這一天早已等不及了。她說(shuō)：“我希望我們的速度能再快一點(diǎn)。”
來(lái)源：Nature自然科研
