更快更便宜CRISPR技術:快速檢測伊波拉 拉沙熱 HPV
2019年04月17日08:48

  強大的基因編輯工具有望實現拉沙熱等疾病的早期診斷,控製傳染病蔓延。

  尼日利亞爆發的拉沙熱感染今年已造成69人死亡,或將成為史上有記錄的最致命疫情。為了減少今後幾年的拉沙熱死亡人數,尼日利亞的研究人員正嚐試開發一種基於基因編輯工具CRISPR的全新診斷性測試方法。

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,她正在運用CRISPR診斷性測試方法尋找血液樣本中的拉沙病毒。
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,她正在運用CRISPR診斷性測試方法尋找血液樣本中的拉沙病毒。

  新方法將依賴於CRISPR根據編程程式搜尋基因片段的能力——此處目標特指拉沙病毒的RNA。如果這個方法取得成功,就能在早期發現各種病毒感染的症狀,讓治療方法更為高效,幫助醫務人員控製傳染病的蔓延。

  洪都拉斯和美國加州的科學家正在測試將CRISPR診斷用於檢測登革熱病毒、寨卡病毒和人乳頭瘤病毒(HPV)癌症相關毒株的效果。同時,剛果民主共和國正計劃開展對伊波拉病毒進行CRISPR檢測的研究。

  尼日利亞救世主大學的分子生物學家Jessica Uwanibe正在開發一種拉沙熱診斷方法,她認為強大簡便的檢測有助於降低拉沙熱的死亡率——拉沙熱的死亡率可高達60%。“我正在做的研究關乎無數人的生命。”

  “試用”期

  大部分傳染病的診斷都要借助於專業知識、精密設備和充足電源,而這些資源在拉沙熱爆發的地區都很緊張。CRISPR檢測方法對傳染病的診斷準確率與傳統方式不相上下,又幾乎和家庭驗孕一樣簡單,是一種很有吸引力的做法。由於經過改造的CRISPR可以靶向特定基因序列,研究人員希望開發出一種基於CRISPR的工具,可以通過微調在一週內識別出正在傳播的所有病毒毒株。

  加州大學伯克利分校的生物化學家Jennifer Doudna正在開發一些類似工具,她說:“這是CRISPR大有可為的一個方向。”

  麻省理工學院-哈佛大學博德研究所的研究人員將CRISPR與Cas13蛋白聯用,開發出一種CRISPR 診斷技術,而Uwanibe團隊正在對這一技術進行測試。與最早用於CRISPR基因編輯的Cas9酶不同的是,Cas13能夠根據要求切割靶基因序列,再對RNA進行任意切割。雖然這種行為在編輯基因時會出現問題,但對於診斷來說則是一大利器,因為所有切割都能作為信號。

  2018年,博德研究所團隊將最新修正的檢測方法命名為SHERLOCK,並在其中增加了被Cas13切割後會釋放信號的RNA分子。被切割的RNA會在紙帶上形成深色帶 ——效果類似於驗孕測試的視覺提示,這些深色帶的出現表示改造後的CRISPR所要尋找的目標基因序列是存在的。

  目前,尼日利亞的團隊正在測試這類診斷方法,觀察其經過改造後在人體內尋找拉沙病毒的準確性——這些人群的拉沙病毒會先通過傳統試驗室方法聚合酶鏈式反應(PCR)得到確認。

  博德研究所的遺傳學家Kayla Barnes 表示,SHERLOCK在尼日利亞的檢測費用只有PCR的一半,約兩小時就能出結果,而PCR需要四小時。兩種檢測手段都需要用電處理樣本,但SHERLOCK對停電的敏感度不像PCR這麼高,而停電現像在尼日利亞可謂見怪不怪。Barnes說:“我們希望實現只靠一個加熱器就能帶動整個汽車發電機。”

  增兵添將

  Doudna團隊開發的其它CRISPR檢測方法利用不同屬性和專利的Cas蛋白靶向不同的疾病。他們會用Cas12a蛋白診斷HPV,而不是Cas13。Cas12a在鎖定靶標後也能進行任意切割,但切割的是DNA而不是RNA。這種檢測能夠區分與宮頸癌或肛門癌有關的兩類HPV。

  Doudna希望這種檢測方法能幫助非洲國家控製宮頸癌的死亡率——由於診斷過遲造成的治療延誤在這些國家很常見。去年,Doudna與他人在舊金山建立了初創公司Mammoth Biosciences,希望能進一步開發這種診斷方法。目前,該公司正利用來自加州的人員血液樣本進行測試。

  伯克利分校和Mammoth的研究人員希望借由新發現的Cas14和CasX蛋白,進一步壯大CRISPR工具箱,Cas14和CasX的體積較小,很適合被納入診斷技術當中。

  市場應用潛力

  世界衛生組織的一名技術官員Dhamari Naidoo說:“這些創新非常振奮人心。”但她也表示,如果要讓CRISPR檢測惠及低收入國家,一如技術開發人員所希望的那樣,研究人員就必須確保技術獲得許可,具備製造條件且定價合理。

  Naidoo認為研究人員對這一層面常欠缺考慮。比如,已經開發的伊波拉病毒診斷性測試約有十幾種,但在剛果民主共和國最新爆發的伊波拉疫情中,只有兩種能投入使用。其餘檢測方法皆因經濟困難而被迫擱置,如市場規模過小,無法攤付製造商的生產和分銷成本。

  此外,加州大學伯克利分校與博德研究所之間持續不斷的專利紛爭,讓基於CRISPR的診斷方法從經濟角度看來也是面臨著重重困難。但Doudna與博德研究所SHERLOCK項目負責人Pardis Sabeti均表示,他們一定會許可自己的工具,讓那些需要診斷的人用上這些技術。

  對於Uwanibe來說,這一天早已等不及了。她說:“我希望我們的速度能再快一點。”

  來源:Nature自然科研

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