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CRISPR分子诊断技术(二)

2021.6.29
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

6    Sherlock和Mammoth两家公司的技术并非横空出世,而是源于张锋和Doudna两家实验室于2015-2018年期间在知名期刊上发表的一系列科研成果。这场学术上的比拼犹如两个武林高手过招,精彩纷呈,让人目不暇接。两个团队互相竞争,也互相学习,开拓了CRISPR分子诊断这一全新领域。

7   几年间,两个团队从产品性能和即时检测可操作性两大维度上不断改进CRISPR诊断技术。产品性能的主要指标包括敏感度、特异性、定量化、检测时间、多重化(通量)、和抗干扰性。即时检测可操作性的主要指标则包括:是否需要复杂的仪器设备和冷链运输、可携带性、简易度、应用广度,和特定诊断手段的开发速度等等。

8   现在让我们重温一下两大门派从2015年到2018年期间在分子诊断领域走过的征程。追踪溯源,2015年10月,张锋团队在Molecular Cell上发表了一篇论文。作者中有张锋的两名博士生Omar Abudayyeh和Jonathan Gootenberg——他们后来成为Sherlock公司的联合创始人。这项研究想要回答的主要问题是:除了目前已发现的两大类五种亚型的CRISPR-Cas系统,还能不能找到新的Cas蛋白或家族?尽管不同系统中的干扰模块中的Cas蛋白差别较大,但采集模块中基本都离不了Cas1和Cas2。他们的思路就是用Cas1的基因去基因库里“钓鱼”,看看能“钓”出什么。

图片来源:参考资料14

9   “钓鱼“是在基因库里找cas1基因,再把与cas1相联的基因也一起拽出来。这些基因有可能包括新的CRISPR-Cas系统。经过多轮筛选、验证后,张锋团队发现了三个新的二类系统(效应蛋白为单一蛋白):C2c1, C2c2, 和C2c3。其中C2c2蛋白后来被重新命名为Cas13a。谁也没有想到,C2c2/Cas13a成为了推动CRISPR诊断技术发展的第一块多米诺骨牌。

图片来源:参考资料17

10   在发表于2016年6月的Science论文中,张锋团队又进一步阐述了C2c2/Cas13a的功能和机理。和Cas9类似,C2c2也是单一的效应/干扰蛋白。与Cas9不同的是,C2c2不需要tracrRNA (trans-activating CRISPR RNA), 而只需要crRNA 的指导。C2c2-crRNA的靶分子也不是DNA,而是入侵病原的单链RNA。最重要的一点是,C2c2-crRNA一旦找到并结合匹配的RNA后,进入激活状态,除了剪切靶RNA外,还大开杀戒,碰到任何单链RNA都可非特异性地将其剪切、降解。但这篇论文并没有把C2c2的特性和诊断技术联系起来。文章的第一、第二作者分别是Abudayyeh和Gootenberg,前文提到的Sherlock Biosciences的联合创始人。

图片来源:参考资料1

11   首次将C2c2和分子诊断技术联系起来的是Doudna团队。2016年9月,在Nature发表的一篇论文中,Doudna实验室比较、研究了更多版本的C2c2。这些不同的版本来自于不同的菌类。张锋团队在3个月前的Science论文中主要使用的是LshC2c2,而Doudna团队的主要研究对象则是LbuC2c2。

图片来源:参考资料7

12     他们验证了张锋团队的结论:C2c2具有特异性地剪切靶RNA和激活后非特异性地降解其它RNA的功能。他们还发现, C2c2也有将pre-crRNA加工成crRNA的功能。也就是说,C2c2具有双重RNA酶活性。

图片来源:参考资料7


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