一個強大的基因組編輯工具可以作為一個王牌DNA探測器部署，能夠嗅出發(fā)出病毒感染，癌癥，甚至是有缺陷基因的DNA片段。

這種遺傳探測器是在加州大學伯克利分校的霍華德休斯醫(yī)學研究所(HHMI)研究員Jennifer Doudna的實驗室中開發(fā)的，它使用稱為CRISPR的基因組切片系統(tǒng)。通過將CRISPR與分子火炬槍的功能相結合，Doudna和她的同事設計了一種簡單的方法，可以實現(xiàn)快速，可靠的醫(yī)學檢測。

這種叫做DETECTR的新方法“能夠靈敏準確地檢測DNA，”Doudna說，并且能夠在人體樣本中發(fā)現(xiàn)兩種致癌的人乳頭瘤病毒(HPV)。她和同事們首先在2017年11月發(fā)布在bioRxiv.org上的預印本中報告了他們的結果。同行評審報告于2018年2月15日刊登在“科學”雜志上。

DETECTR或DNA Endonuclease Targeted CRISPR Trans Reporter基于CRISPR，一種可以切斷和禁用病毒和其他威脅的細菌防御系統(tǒng)。自發(fā)現(xiàn)以來，CRISPR已被渴望選擇性剪切和修復基因組的科學家們所選擇。在這項新研究中，Doudna和她的同事表明，CRISPR生物學也可以以另一種方式使用 - 作為DNA歸巢信標。

DETECTR依賴于Cas12a，這是2015年描述的一種酶。與其分子堂兄Cas9一樣，Doudna和同事Emmanuelle Charpentier在2012年轉變?yōu)榛蚪M編輯工具，Cas12a剪斷了DNA。但是，Cas12a不僅僅剪斷它所結合的DNA鏈，而且還會切斷其他DNA。“我們開始看到這種令人驚訝的活動，它只會開始隨機切割，”Doudna實驗室的研究合著者Lucas Harrington說。

研究人員看到，在某些情況下，酶會變成DNA切碎機，切割附近的任何單鏈DNA。但這并非濫殺無辜。對于彎刀動作開始，Cas12a首先必須找到精確的DNA目標。研究人員可以通過添加指南來編程該目標 - 一種RNA分子告訴Cas12a要尋找什么。“重新編程可以很容易地找到你要檢測的任何DNA片段，”哈靈頓說。

一旦Cas12a鎖定并剪斷目標，它就會開始粉碎它可以找到的所有單鏈DNA。但是為了讓系統(tǒng)變得有用，Doudna及其同事需要一種方法來看看Cas12a何時開始這種分子混亂，表明它已經找到了它的目標。因此，研究人員使用了一種發(fā)光的分子 - 一種易于點狀的閃光 - 通過單鏈DNA鏈接到抑制發(fā)光的抑制分子。當Cas12a變成彎刀時，它切割將這兩個分子連接在一起的DNA鏈。這消除了抑制劑，讓發(fā)光的分子發(fā)光 - 這是研究人員可以檢測到的信號。

然后該團隊將他們的DNA探測器進行測試。他們與舊金山加利福尼亞大學的Joel Palefsky博士及其團隊合作，尋找來自兩種致癌HPV的DNA信號：16型和18型。研究人員從沒有HPV的人那里獲得25份DNA樣本感染，一種病毒或兩種類型。對于HPV16，DETECTR對所有25個樣品做出了正確的調用。對于HPV18，DETECTR適用于25個樣品中的23個樣品。Doudna說，它錯過的信號可能會通過不同的指導RNA設計得到改善。

與當前檢測HPV的方法相比，DETECTR“更簡單，更快捷，不需要專門的設備”，Harrington說。這可以使該系統(tǒng)在資源有限的健康診所和即時診斷中發(fā)揮作用。

據(jù)疾病控制和預防中心估計，約有7900萬美國人攜帶HPV，每年有4,000多名女性死于宮頸癌。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，HPV16和HPV18共同導致70%的宮頸癌和癌前病變。

Harrington說，Doudna團隊的方法可以很容易地應用于其他類型的病毒或細菌感染，甚至癌癥標記，染色體異常或其他遺傳信號。更一般地說，結果突出了基礎生物學的前景。對古老細菌防御系統(tǒng)的基礎研究不斷引發(fā)新的驚喜和新的潛在用途。“我們不斷挖掘并發(fā)現(xiàn)新事物，”我是一個寶庫，“哈靈頓說。