近日新型冠状病毒(SARS-CoV-2)疫情持续延烧,相关各界研究更是如火如荼地进行。今(2020)年2月14日,美国麻省理工学院(Massachusetts
Institute of Technology, MIT)张锋等人宣布,他们与博德研究所(Broad Instituteof MIT and
Harvard)、麦戈文脑科学研究所(McGovern Institute forBrain Research,
MIT)等机构,将一种运用CRISPR/Cas13a、名为「SHERLOCK」的试纸型快速检测法应用在SARS-CoV-2引起的2019冠状病毒疾病(COVID-19)筛检上,并能在一小时内得知样本中是否存在病毒RNA,被视为是未来检疫的重要研究及发展方向(Zhang
F et al., submitted,图一)。本文将介绍这项取名源自小说侦探人物夏洛克.福尔摩斯(Sherlock
Holmes)的新兴技术。
图一:左为领导SHERLOCK 技术发展的张锋博士,右为SHERLOCK试纸。(Wikimedia; Zhang lab, Broad Institute of MIT and Harvard)
回到源头-细菌的CRISPR/Cas
想瞭解SHERLOCK的操作原理,得先知道该检测法所使用的技术──CRISPR/Cas系统。
CRISPR的全名为Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic
Repeats(群聚且有规律间隔的短回文重複序列),是在细菌DNA中发现的一系列重複序列,可视为细菌的一种免疫机制。当细菌遭噬菌体(一种病毒)感染时,便会切取一小段噬菌体的DNA,然后储存于CRISPR之间的间隔序列(spacer),以便未来再次遭到感染时,能更快识别并摧毁同种噬菌体。而Cas指的是由CRISPR相关基因(CRISPR
associated gene,简称cas基因)所编码的蛋白质酵素,会受引导RNA(guide RNA,
gRNA)领导跟特定核酸序列结合,专一性相当高,功能包含解开DNA双螺旋、切割DNA和RNA分子等(图二)。科学家们利用细菌这一套独特的免疫机制,设计出一系列能修改核酸分子的工具。
图二:CRISPR的可能机制示意图。
事实上,所谓的CRISPR/Cas系统有多种形式和不同的功用。根据Nature期刊的最新文献(MakarovaKS
et al.,
2020),CRISPR/Cas系统可分为两大类、六型、33种亚型。其中,最为人熟知的莫过于被誉为基因神剪的「CRISPR/Cas9
(属于第二类、第二型)。而SHERLOCK这个技术的主角则是CRISPR/Cas13(属于第二类、第六型),与CRISPR/Cas9的差异在于:前者结合并切割RNA,后者则是针对DNA。
有鑑于上述,张锋团队试图将SHERLOCK应用于此。他们从SARS-CoV-2的基因体中,挑选了S基因和Orf1ab基因作为目标序列,并设计相对应的gRNA以及RPA所需的引子。同时,他们合成这两个基因的RNA片段,再将它做连续稀释(serial dilution)以进行后续试验。根据团队公布的操作方法(Zhang F et al., submitted),利用SHERLOCK检测COVID-19仅需三步骤。
用户3899172 2020-3-16 17:00