為了提高其檢測(cè)生物樣本中微量SARS-CoV-2病毒的能力，來(lái)自萊斯大學(xué)和康涅狄格大學(xué)的合作者進(jìn)一步設(shè)計(jì)了RNA編輯CRISPR-Cas13系統(tǒng)。據(jù)悉，該系統(tǒng)的一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)是，它不需要黃金標(biāo)準(zhǔn)的PCR測(cè)試中所必需的耗時(shí)的RNA提取和擴(kuò)增步驟。

與PCR測(cè)試相比，這個(gè)新平臺(tái)非常成功。事實(shí)上，在對(duì)直接來(lái)自鼻拭子的臨床樣本的測(cè)試中，它發(fā)現(xiàn)了11個(gè)陽(yáng)性中的10個(gè)，沒(méi)有假陽(yáng)性。科學(xué)家們表明他們的技術(shù)能發(fā)現(xiàn)attomolar（10^-18）濃度的SARS-CoV-2的跡象。

【資料圖】

Cas13和它更知名的表親Cas9一樣，是細(xì)菌自然防御入侵的噬菌體系統(tǒng)的一部分。自發(fā)現(xiàn)以來(lái)，CRISPR-Cas9已被科學(xué)家們用于編輯活體DNA基因組并表現(xiàn)出治療甚至治愈疾病的巨大前景。

另外，它還可以用在其他方面。Cas13本身可以用引導(dǎo)RNA增強(qiáng)從而用來(lái)尋找和剪斷目標(biāo)RNA序列，同時(shí)還可以尋找“附屬物”，在這種情況下，就是像SARS-CoV-2這樣的病毒的存在。

“這項(xiàng)工作中的工程Cas13蛋白可以很容易地適應(yīng)其他先前建立的平臺(tái)，”研究人員Xue Sherry Gao說(shuō)道，“工程Cas13變體的穩(wěn)定性和穩(wěn)健性使它們更適合在沒(méi)有昂貴的PCR機(jī)器的低資源環(huán)境地區(qū)進(jìn)行醫(yī)療點(diǎn)診斷?！?/p>

另一位研究人員Jie Yang表示，野生型Cas13來(lái)自一種細(xì)菌Leptotrichia wadei，無(wú)法在30到60分鐘的時(shí)間范圍內(nèi)檢測(cè)到attomolar水平的病毒RNA，但萊斯大學(xué)創(chuàng)造的增強(qiáng)型版本在約半小時(shí)內(nèi)就能完成工作，而且檢測(cè)SARS-CoV-2的濃度比以前的測(cè)試低得多。

她繼續(xù)指出，關(guān)鍵在于Cas13活性部位附近的一個(gè)隱藏良好的靈活發(fā)夾環(huán)?！八诘鞍踪|(zhì)的中間，靠近催化部位，決定了Cas13的活性。由于Cas13是大型和動(dòng)態(tài)的，要找到一個(gè)插入另一個(gè)功能域的部位是很有挑戰(zhàn)性的。”

研究小組將七個(gè)不同的RNA結(jié)合域融合到環(huán)路上，其中兩個(gè)復(fù)合物明顯具有優(yōu)勢(shì)。當(dāng)他們找到目標(biāo)時(shí)，這些蛋白質(zhì)會(huì)發(fā)出熒光并顯示出病毒的存在。

“我們可以看到，增加的活性是野生型Cas13的五或六倍。這個(gè)數(shù)字似乎很小，但它在蛋白質(zhì)工程的一個(gè)步驟中就相當(dāng)驚人了，”Yang說(shuō)道，“但這仍不足以進(jìn)行檢測(cè)，所以我們將整個(gè)檢測(cè)從熒光板閱讀器（其體積相當(dāng)大，而且在低資源環(huán)境中無(wú)法使用）轉(zhuǎn)移到電化學(xué)傳感器，其靈敏度更高，可用于醫(yī)療點(diǎn)診斷?！?/p>

Yang表示，在使用現(xiàn)成的傳感器的情況下，與野生型蛋白相比，工程蛋白在檢測(cè)病毒方面的靈敏度要高五個(gè)數(shù)量級(jí)（100,000倍）。

該實(shí)驗(yàn)室希望將其技術(shù)應(yīng)用到像家用COVID-19抗體測(cè)試中的紙條上，不過(guò)這需要有更高的靈敏度和準(zhǔn)確性?！拔覀兿Ｍ@將使測(cè)試更加方便，并為許多目標(biāo)提供更低的成本，”Gao說(shuō)道。

研究人員還在研究改進(jìn)寨卡、登革熱和埃博拉病毒的檢測(cè)及心血管疾病的預(yù)測(cè)性生物標(biāo)志物。他們的工作可能導(dǎo)致快速診斷COVID-19的嚴(yán)重程度。

“不同的病毒有不同的序列。我們可以設(shè)計(jì)導(dǎo)引RNA來(lái)靶向一個(gè)特定的序列，然后我們可以檢測(cè)，這就是CRISPR-Cas13系統(tǒng)的力量，”Yang說(shuō)道。

但由于該項(xiàng)目正好在COVID-19大流行的時(shí)候開始，SARS-CoV-2是一個(gè)自然的焦點(diǎn)。

“作為結(jié)構(gòu)生物學(xué)、蛋白質(zhì)工程和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備開發(fā)的組合努力，我們對(duì)這項(xiàng)工作感到非常興奮，”Gao補(bǔ)充道，“我非常感謝我的實(shí)驗(yàn)室成員和合作者的所有努力?！?/p>