基于CRISPR的技术可以检测病毒DNA

一个强大的基因组编辑工具可以作为一个王牌DNA探测器部署，能够嗅出发出病毒感染，癌症，甚至是有缺陷基因的DNA片段。

这种遗传探测器是在加州大学伯克利分校的霍华德休斯医学研究所(HHMI)研究员Jennifer Doudna的实验室中开发的，它使用称为CRISPR的基因组切片系统。通过将CRISPR与分子火炬枪的功能相结合，Doudna和她的同事设计了一种简单的方法，可以实现快速，可靠的医学检测。

这种叫做DETECTR的新方法“能够灵敏准确地检测DNA，”Doudna说，并且能够在人体样本中发现两种致癌的人乳头瘤病毒(HPV)。她和同事们首先在2017年11月发布在bioRxiv.org上的预印本中报告了他们的结果。同行评审报告于2018年2月15日刊登在“科学”杂志上。

DETECTR或DNA Endonuclease Targeted CRISPR Trans Reporter基于CRISPR，一种可以切断和禁用病毒和其他威胁的细菌防御系统。自发现以来，CRISPR已被渴望选择性剪切和修复基因组的科学家们所选择。在这项新研究中，Doudna和她的同事表明，CRISPR生物学也可以以另一种方式使用 - 作为DNA归巢信标。

DETECTR依赖于Cas12a，这是2015年描述的一种酶。与其分子堂兄Cas9一样，Doudna和同事Emmanuelle Charpentier在2012年转变为基因组编辑工具，Cas12a剪断了DNA。但是，Cas12a不仅仅剪断它所结合的DNA链，而且还会切断其他DNA。“我们开始看到这种令人惊讶的活动，它只会开始随机切割，”Doudna实验室的研究合着者Lucas Harrington说。

研究人员看到，在某些情况下，酶会变成DNA切碎机，切割附近的任何单链DNA。但这并非滥杀无辜。对于弯刀动作开始，Cas12a首先必须找到精确的DNA目标。研究人员可以通过添加指南来编程该目标 - 一种RNA分子告诉Cas12a要寻找什么。“重新编程可以很容易地找到你要检测的任何DNA片段，”哈灵顿说。

一旦Cas12a锁定并剪断目标，它就会开始粉碎它可以找到的所有单链DNA。但是为了让系统变得有用，Doudna及其同事需要一种方法来看看Cas12a何时开始这种分子混乱，表明它已经找到了它的目标。因此，研究人员使用了一种发光的分子 - 一种易于点状的闪光 - 通过单链DNA链接到抑制发光的抑制分子。当Cas12a变成弯刀时，它切割将这两个分子连接在一起的DNA链。这消除了抑制剂，让发光的分子发光 - 这是研究人员可以检测到的信号。

然后该团队将他们的DNA探测器进行测试。他们与旧金山加利福尼亚大学的Joel Palefsky博士及其团队合作，寻找来自两种致癌HPV的DNA信号：16型和18型。研究人员从没有HPV的人那里获得25份DNA样本感染，一种病毒或两种类型。对于HPV16，DETECTR对所有25个样品做出了正确的调用。对于HPV18，DETECTR适用于25个样品中的23个样品。Doudna说，它错过的信号可能会通过不同的指导RNA设计得到改善。

与当前检测HPV的方法相比，DETECTR“更简单，更快捷，不需要专门的设备”，Harrington说。这可以使该系统在资源有限的健康诊所和即时诊断中发挥作用。

据疾病控制和预防中心估计，约有7900万美国人携带HPV，每年有4,000多名女性死于宫颈癌。据世界卫生组织统计，HPV16和HPV18共同导致70%的宫颈癌和癌前病变。

Harrington说，Doudna团队的方法可以很容易地应用于其他类型的病毒或细菌感染，甚至癌症标记，染色体异常或其他遗传信号。更一般地说，结果突出了基础生物学的前景。对古老细菌防御系统的基础研究不断引发新的惊喜和新的潜在用途。“我们不断挖掘并发现新事物，”我是一个宝库，“哈灵顿说。