诺奖得主开发基于CRISPR的核酸检测技术，双剑合璧，20分钟即可检测新冠

撰文｜nagashi

编辑 | 王多鱼

排版｜水成文

随着德尔塔（Delta）等新冠变异株在全球范围内的广泛传播，世界又掀起了新一轮的新冠感染浪潮。最近的一些研究表明，Delta变异株在人体内的病毒载量是原始毒株的1000倍以上，其传染性更是能与最强的水痘相当。

近日，南京禄口国际机场的新冠疫情随暑期旅游季在全国诸多省市蔓延，南京、张家界、郑州、扬州等疫情较为严峻的城市纷纷开启全员核酸检测，以此掐断病原传播链。

“早发现、早隔离和早治疗”是对付疫情最有力的方式，而诊断是这一切的前提。

理想的COVID-19诊断测试应该将快速、灵敏和易用等优点结合起来，但遗憾的是，现有的基于RT-PCR的新冠检测技术无法满足这三个条件。因此，开发一种检测速度快、特异性高、灵敏度好以及易用性强的检测技术就显得尤为重要。

2021年8月5日，美国加州大学伯克利分校的 Jennifer Doudna 团队等在 Nature Chemical Biology 期刊上发表了题为：Accelerated RNA detection using tandem CRISPR nucleases 的研究论文。

该研究开发了一项基于CRISPR的核酸检测技术——快速串联整合核酸酶检测（FIND-IT）。研究团队利用两种不同的CRISPR酶——Cas13a和Csm6来实现对极少量新冠病毒RNA的即时检测，最快在20分钟即可得出结果。

这项研究的通讯作者之一——Jennifer Doudna 正是2020年诺贝尔化学奖得主，CRISPR基因编辑技术的先驱之一。

Jennifer Doudna

2020年12月4日，Jennifer Doudna 团队等就曾在 Cell 期刊发表了题为：Amplification-free detection of SARS-CoV-2 with CRISPR-Cas13a and mobile phone microscopy 的研究论文。

该研究开发了一种用于直接检测SARS-CoV-2鼻拭子RNA的无扩增CRISPR-Cas13a方法，该检测方法在30分钟内即可达到约100个拷贝/μL的灵敏度，并可在5分钟内准确检测出一组阳性临床样本。

如今，研究团队再次对这一检测方法进行了优化。在这项发表在 Nature Chemical Biology 期刊上的研究中，研究人员首先证明了不相关的CRISPR核酸酶可以串联部署，由此选用了两种CRISPR酶——Cas13a和Csm6。

Cas13a是一种靶向RNA的核酸酶，其用于检测的工作原理为：Cas13a蛋白在导向RNA（crRNA）的引导下，识别样本中的特异性RNA序列，Cas13a蛋白、crRNA和靶标RNA形成三元复合物，激活Cas13a蛋白的“非特异性切割”活性，并随机切割溶液中的核酸探针。

因此，当用紫外光照射样本时，阳性样本会发出荧光，而阴性样本则无荧光，从而判断样本中是否含有病毒。

FIND-IT检测技术的原理图

Csm6是来自Ⅲ型CRISPR-Cas系统的二聚体RNA内切酶，基于其信号放大的内源性功能，可以提高RNA检测的上限。不仅如此，研究人员还基于SARS-CoV-2的基因序列设计了8种不同的crRNA，再结合有效的、化学稳定的Csm6激活剂，从而在20min内对SARS-CoV-2实现高灵敏度和快速的即时诊断。

FIND-IT检测技术在20min内即可完成对SARS-CoV-2的诊断

目前，FIND-IT检测技术的检测上限是每微升30个病毒RNA分子，虽然仍落后于目前临床检测金标准——RT-qPCR，但这种检测水平足以协助病毒监测和限制感染的传播。值得一提的是，FIND-IT检测技术没有扩增病毒的RNA，这极大地防止患者样本之间产生交叉污染，使得检测结果更准确。

David Savage 是这项研究的通讯作者之一，他表示：“当我们开始这项研究时，我们希望创造出一种与PCR相当的东西，但不需要扩增。因此，从敏感性的角度来看，我们需要跨越大约1万倍的差距。但如今，我们已经跨越了1000倍，距离成功十分接近了！”

FIND-IT检测技术的检测限度

最重要的是，研究团队还证明，这种检测方法可以在便携式设备中实现，由微流控芯片和紧凑的检测器组成，以检测从人类样本中提取的病毒RNA。这表明该检测方法是可靠且简单的，适用于对SARS-CoV-2的现场诊断。

基于FIND-IT检测技术开发的荧光检测器

总而言之，这项FIND-IT检测技术使得灵敏的、直接的RNA检测成为可能，适用于即时感染诊断以及其他广泛的诊断或研究应用。

正如本研究的第一作者Tina Y. Liu博士所说的：“你一定希望有一种快速的诊断方法，这样我们就可以迅速知道自己是否被感染了，例如，在你登机或探亲之前。”