张锋团队发现基因魔剪还能精准诊断传染病

中国科学家张峰和他在贝尔德研究所的同事詹姆斯·科林斯以合作交流作者的身份报道了CRISPR的另一项强大的新功能，这是除了“基因魔法剪刀”之外的又一项功能。CRISPR是一项价值数十亿美元的基因编辑技术，是一种高效、简单、廉价的分子诊断工具。

美国当地时间4月13日，国际期刊《科学》在网上发表了这篇研究论文。当天，张峰联合创始人、美国生物医药公司埃迪塔斯医药(纳斯达克代码:EDIT)的股价上涨了4.33%。

对于这个将刷新病毒检测效率记录的系统，张峰和他的同事取了一个令人印象深刻的学名:夏洛克(特定高灵敏度激活报告解锁)。熟悉英国戏剧和侦探小说的人并不陌生。这个科学缩写被翻译成中文，叫做夏洛克，他被称为“侦探”。像夏洛克一样，他有能力解决犯罪问题，这种新开发的分子诊断工具可以从大量的生命数据中准确地识别出目标核糖核酸。例如，寨卡病毒和登革热病毒很难区分，因为它们有相似的临床症状。在夏洛克的帮助下，医生可以迅速确认病人感染了哪种病毒。

不仅如此，夏洛克还有广泛的应用场景。据报道，它不仅能检测病毒和细菌感染，还能“检测”耐药基因和癌细胞的突变。此外，在夏洛克的“眼皮底下”，一些微小的DNA序列突变不会溜走。这些序列突变指的是脱氧核糖核酸特定碱基的变化，这通常与许多疾病有关。

那么，夏洛克系统依靠什么机制来完成这些任务呢？它的主要“雇员”是引导核糖核酸，相当于一个司机，和Cas13a蛋白酶，它“引导”到人们需要找到的特定核糖核酸，即“猎物”。一旦Cas13a蛋白酶找到“猎物”，它就会切断“猎物”。与其他CRISPR系统不同，Cas13a蛋白酶在切割“猎物”后不会停止，但也会盲目切割“猎物”周围的核糖核酸。这时，科学家预设的荧光标记会发出明显的光，从而人们可以得到清晰的信号:夏洛克系统已经发现了“猎物”。什么是“猎物”可以由人们自己设计来达到验证和诊断的目的。

以前，CRISPR被称为“基因的神奇剪刀”，因为它能够有效地敲除和插入基因。它的风景是无限的，这在某种程度上掩盖了它在分子诊断方面的潜力。然而，无论是用于基因编辑还是验证，CRISPR系列都受到细菌针对噬菌体的免疫系统的启发。

“自然是美妙的。在过去的几亿年里，这些强大的酶系统在自然界中进化。通过研究这些系统的基本生物学(机制)，人类可以将其中一些转化为重要的实际应用，如编辑基因，如诊断。”张峰告诉《华盛顿邮报》。

与酶联免疫吸附试验相比，夏洛克系统的检测灵敏度提高了一百万倍。去年，柯林斯的团队开发了基于CRISPR的寨卡病毒检测技术。这一次，科林斯和张峰团队合作将夏洛克的敏感度提高了1000倍。即使这两种病毒之间只有一个核苷酸的差异，夏洛克也能识别它们，这可以将寨卡病毒与非洲和美洲区分开来。

夏洛克系统的优势还体现在其“接地气体”上。在不需要高科技仪器的情况下，夏洛克可以通过将待检测的项目放在试纸或试管中，在实验室“开始工作”，并且可以用来“检测”目标核糖核酸和脱氧核糖核酸。就成本而言，每次测试只需要0.61美元(约4.2元人民币)。简单的操作和低廉的价格，这两个优势将使夏洛克系统在欠发达地区的疫情中发挥更大的作用。

目前，张峰和科林斯团队已经在美国提交了夏洛克系统的几项专利申请，包括其在检测病毒、细菌和致癌基因突变方面的应用。

据《科学》杂志报道，科林斯透露，贝尔德研究所目前正在积极探索夏洛克系统的商业化，并正在考虑建立一个特殊的初创公司。当然，这种有希望的技术在真正上市之前需要得到监管机构的批准，比如美国食品和药物管理局(FDA)。