最近發(fā)現(xiàn)的一種蛋白質(zhì)可以作為細菌的一種多用途自毀系統(tǒng)，能夠降解單鏈RNA、單鏈DNA和雙鏈DNA，這是被稱為CRISPR的基因工具箱的第一個自毀系統(tǒng)。該研究的作者表示，由于該發(fā)現(xiàn)能夠靶向如此多類型的遺傳物質(zhì)，有可能為包括COVID-19、流感、埃博拉和寨卡病毒在內(nèi)的各種傳染病開發(fā)新的廉價和高靈敏度的家庭診斷測試。

這一研究成果公布在Nature雜志上，相關兩篇論文詳細解析了這種新系統(tǒng)。   

利用一種稱為冷凍電鏡的高分辨率成像技術，研究小組發(fā)現(xiàn)，當這種名為Cas12a2的蛋白質(zhì)與一種潛在危險病毒的特定遺傳物質(zhì)序列(稱為target RNA)結合時，Cas12a2的一側會擺動出來，顯示出一個活性位點，類似于彈簧彈簧刀。然后，活性位點開始不分青紅皂白地切割它接觸到的任何遺傳物質(zhì)。研究人員發(fā)現(xiàn)，當Cas12a2蛋白發(fā)生單一突變時，活性位點只降解單鏈DNA，這一特征在開發(fā)針對各種病毒的新診斷方法時特別有用。

基于這種技術的檢測理論上可以結合基于pcr檢測病毒遺傳物質(zhì)的最佳特征(高靈敏度、高精度和檢測活性感染的能力)和快速家用診斷檢測的最佳特征(生產(chǎn)成本低廉，不需要專門的實驗室設備)。它也很容易適應任何新的RNA病毒。

德克薩斯大學奧斯汀分校分子生物科學副教授、這項新研究的共同通訊作者David Taylor說:“如果明天出現(xiàn)一些新的病毒，你所要做的就是弄清楚它的基因組，然后在測試中改變導向RNA，然后就可以對它進行測試了。”

這樣的診斷仍然需要單獨的工作，可能包括收集患者的唾液或鼻腔樣本，將其與研究小組改良的Cas12a2蛋白混合，Cas12a2蛋白是一段導向RNA，可以像人臉照片一樣識別特定的病毒，還有一種熒光探針，當其單鏈DNA被切斷時，熒光探針就會發(fā)光。

CRISPR是一組自然存在于細菌中的工具的名稱，科學家已將其用于基因編輯。這是第一個被發(fā)現(xiàn)可以降解如此廣泛遺傳物質(zhì)的CRISPR蛋白質(zhì)。

“Cas12a2基本上抓住了DNA雙螺旋結構的兩端，并將其緊緊彎曲，”德克薩斯大學奧斯汀分校的博士后、該論文的共同第一作者Jack Bravo說，“因此，中間的螺旋突然打開，然后這個活性位點就可以破壞變成單鏈的DNA片段。這就是Cas12a2不同于所有其他dna靶向系統(tǒng)的地方。”

這篇論文的共同通訊作者是猶他州立大學的Ryan Jackson和共同第一作者Thomson Hallmark。其他合著者是猶他州的Bronson Naegle和Helmholtz感染研究中心和德國Würzburg大學的Chase Beisel。

結構數(shù)據(jù)是使用德克薩斯大學奧斯汀分校紹爾結構生物學實驗室的冷凍電子顯微鏡設備收集的。

研究人員申請了專利，該專利申請涉及對Cas12a2蛋白質(zhì)的修改，使其能夠只切割單鏈DNA并用于診斷。德克薩斯大學奧斯汀分校的技術商業(yè)化辦公室正在管理知識產(chǎn)權，并努力尋找可以幫助實現(xiàn)該技術潛力的行業(yè)合作伙伴。

同一期的另外一篇論文描述了Cas12a2的生物學功能，而這篇文章描述了這種蛋白質(zhì)實現(xiàn)這些功能的機制。

文章標題

RNA targeting unleashes indiscriminate nuclease activity of CRISPR-Cas12a2