克日，一种快速检测寨卡病毒的试纸降生，它的泛起或许能够降低小头症婴儿的出生率。这种神奇的要领来自CRISPR手艺。这个自2013年以来风行天下的基因编辑手艺正在生物医学研究领域引起一场巨变。
寨卡病毒肆虐全球，为了对抗它，科学家一边起劲寻找预防的要领，一边也在开发快速检测的要领。克日，一个由美国哈佛大学维斯生物启发工程研究所合成生物学家James Collins博士向导的国际相助小组开发出一种低本钱的基于试纸的快速诊断系统，该系统能够毒株特异性地检测寨卡病毒，并且它可能很快被用来在现场筛查血液、尿液或唾液样品。相关研究效果于2016年5月6日在线揭晓在Cell期刊上。
这种试纸的灵感降生自2014年埃博拉病毒暴发时代，James Collins团队发明埃博拉病毒可以被一种特异性RNA标记。之后，他们又发明这种特异性RNA不但能够标记埃博拉病毒的遗传特征序列，并且能够标记包括寨卡病毒、SARS冠状病毒、麻疹病毒、流感病毒、丙肝病毒和西尼罗河病毒在内的其他RNA病毒的遗传特征序列。研究职员以为，这种要领有朝一日能够用于在现场判断血液、尿液或唾液样品中的病毒。
这种神奇的要领就是CRISPR/Cas9手艺。为了让新的试纸可以有用地检测在血液、尿液和唾液中保存的极低浓度的病毒，Collins团队设计一种简朴的�？榛虑榱鞒�，由扩增、寨卡病毒检测和CRISPR/Cas9辅助的毒株判别三个办法组成。
作为一种源自细菌免疫系统的基因编辑机制，CRISPR/Cas9系统可以识别寨卡病毒基因组中特异的核酸序列。“寨卡病毒是一种RNA病毒，该要领通过RNA的体外反转录和扩增获得相同序列的DNA，这些DNA便可以被CRISPR系统识别。”中国科学院生物物理研究所研究员刘光慧在接受《中国科学报》记者采访时诠释说。
CRISPR是何方神圣？
CRISPR是“纪律成簇距离短回文重复”的英文缩写，来自细菌体内，肩负着细菌免疫的“重任”。它驱逐外来DNA的历程并不重大。
首先，CRISPR把病毒DNA的片断整合进细菌自己的基因组，然后转录出RNA。之后，CRISPR RNA就能通过互补序列团结病毒基因组，并使用细菌表达CRISPR相关核酸酶，也就是Cas酶，切割病毒的DNA，阻止病毒完成其功效。在完成了对外来病毒快速准确攻击后，细菌还可以将整合过的基因组的序列转达给下一代细菌，就像人类的遗传系统，让下一代免受相同病毒的骚扰。
其中，Cas酶起到了至关主要的作用，为了更好地使用这一手艺工具，不少实验室剖析了这种酶的准确分子机制，探索其怎样靶向作用于DNA的。2014年，来自美国伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校的研究职员，剖析了这一叫作Cas9的细菌酶在病毒熏染历程中是怎样在RNA序列的指导下识别和降解外源DNA，并且实现了在动物和植物细胞中的靶向遗传修饰。通过团结单分子成像和大宗的生化试验，该研究小组证实Cas9的基因组编辑能力是通过称作为“PAM”的短DNA序列来实现的。
南方医科大学公共卫生与热带医学学院副院长、教授陈晓光在接受《中国科学报》记者采访时体现，CRISPR/CAS9是2013年以来风行天下的基因编辑手艺，但将该手艺应用于病原体的检测，则才见于2016年5月6日在线揭晓在Cell期刊上Collins等的研究报道，“因此CRISPR检测要领是一种全新的、划时代的病原检测新手艺，将对病原检测/熏染病诊断带来革命性的影响”。
下一个诺贝尔奖？
从1953年沃森和克里克发明DNA双螺旋结构到2000年人类基因组妄想完成，人类一直处于对基因组的相识和认知阶段，而CRISPR手艺的快速生长和普遍普及实现了从熟悉基因组到自动操控基因组的时代跨越。
可以说，CRISPR的发明将为人类提供了熟悉和实现病毒免疫的捷径，并且它正在生物医学研究领域引起一场巨变。由于，相较量其他基因编辑手段，CRISPR使用起来廉价、迅速且简朴。早期实验室发明的“锌指核酸酶”需要破费5000多美元才华订购到，并且它们很难举行基因刷新。可是CRISPR却大不相同：它依赖一种使用指导性RNA分子将其导向目的DNA，随后被称为Cas9的酶对目的DNA举行切割，从而实现目的基因序列的缺失或插入想要的序列。通常，研究职员需要订购的只是RNA片断，所有破费只有30美元。
“CRISPR系统的优势在于其操作轻盈、低价高效。CRISPR系统的泛起大大降低了基因组编辑的手艺门槛，为动植物的精准基因操作提供了强有力的手艺支持，使得科研界周全进入高速高质高量的基因编辑时代。同时，为开发基于基因编辑的人类疾病治疗手段提供了无限可能性。”刘光慧总结道。
这让CRISPR很快席卷全球实验室。研究职员希望使用它调解人类基因以消除疾病，创立生命力越发顽强的植物，并且祛除病原体。
去年，伦敦帝国学院的研究团队通过基因编辑使疟蚊损失生育能力，并将这一性状撒播到群体中。这项揭晓的研究论文提到，冈比焉洗蚊是撒哈拉以南非洲危险疟原虫的主要携带者。研究职员对冈比焉洗蚊举行了遗传刷新，让它们携带了一种破损雌蚊子卵子天生的刷新基因� ；蚯谜飧龌蚣铀僮锔米幼优�，进而撒播至整个种群。
应用远景亟待开发
既然CRISPR可以检测出寨卡病毒，那么是否可以同理应用到其他病毒呢？“现在Collins等发明的检测系统主要针对寨卡病毒，但稍加调解该系统理论上可以用于险些所有的RNA病毒，若进一步与韩春雨等的发明相团结，还可能用于DNA病毒的检测。因此，该检测系统的应用远景很是辽阔！”陈晓光以为。
不过，刘光慧进一步指出：“虽然理论上CRISPR检测寨卡病毒的方法能够被复制到其他病毒的磨练中，但要害是能否从待测病毒基因组中找到专属特异的核酸序列，从而最大可能地扫除非特异识别导致的假阳性。”并且，现在Collins研究中所用的病例标本只是一例熏染寨卡病毒的猴，真正要从实验室走向现实应用，还需要大宗的现实样原来磨练。“事实，实验室研究与临床和现场的检测尚有许多的差别。”陈晓光增补道，“还需要解决的尚有CRISPR/CAS9手艺常见的‘脱靶’效应，若是这个问题得不到妥善解决，应用到人体CRISPR/CAS9就可能在RNA/DNA上乱‘切’，从而造成许多意想不到的‘副作用’。”
虽然尚有很长的路要走，但这更引发了人类关于CRISPR的研究热情。今年2月，加州大学昆虫学专家也曾在Nature Review Genetics杂志上揭晓手艺综述中提到，近年来，突飞猛进的基因组编辑手艺，特殊是CRISPR手艺，大大推动了基因驱动的生长速率� ；蚯隒RISPR等工具的团结，可以资助人们通过经济环保的方法镌汰或祛除蚊媒疾病，去除外来的入侵物种，逆转生物的杀虫剂和除草剂抗性。
除此之外，“迅猛生长的CRISPR系统，将会为未来的临床应用提供有力的手艺手段，如使用CRISPR系统构建疾病模子用于靶向药物的筛选，以及使用该系统对单基因突变所致的遗传病举行突变基因靶向矫正的基因治疗等。”刘光慧提到。