最近發(fā)現(xiàn)的一種蛋白質(zhì)可以作為細(xì)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(gè)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(jià)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(guān)兩篇論文詳細(xì)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(shù)，研究小組發(fā)現(xiàn)，當(dāng)這種名為Cas12a2的蛋白質(zhì)與一種潛在危險(xiǎn)病毒的特定遺傳物質(zhì)序列(稱為target RNA)結(jié)合時(shí)，Cas12a2的一側(cè)會(huì)擺動(dòng)出來，顯示出一個(gè)活性位點(diǎn)，類似于彈簧彈簧刀。然后，活性位點(diǎn)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(dāng)Cas12a2蛋白發(fā)生單一突變時(shí)，活性位點(diǎn)只降解單鏈DNA，這一特征在開發(fā)針對(duì)各種病毒的新診斷方法時(shí)特別有用。

基于這種技術(shù)的檢測理論上可以結(jié)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(shí)驗(yàn)室設(shè)備)。它也很容易適應(yīng)任何新的RNA病毒。

德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校分子生物科學(xué)副教授、這項(xiàng)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(dǎo)向RNA，然后就可以對(duì)它進(jìn)行測試了。”

這樣的診斷仍然需要單獨(dú)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(dǎo)向RNA，可以像人臉照片一樣識(shí)別特定的病毒，還有一種熒光探針，當(dāng)其單鏈DNA被切斷時(shí)，熒光探針就會(huì)發(fā)光。

CRISPR是一組自然存在于細(xì)菌中的工具的名稱，科學(xué)家已將其用于基因編輯。這是第一個(gè)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(jié)構(gòu)的兩端，并將其緊緊彎曲，”德克薩斯大學(xué)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(gè)活性位點(diǎn)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(xué)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(xué)的Chase Beisel。

結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)是使用德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校紹爾結(jié)構(gòu)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的冷凍電子顯微鏡設(shè)備收集的。

研究人員申請(qǐng)了專利，該專利申請(qǐng)涉及對(duì)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(xué)奧斯汀分校的技術(shù)商業(yè)化辦公室正在管理知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并努力尋找可以幫助實(shí)現(xiàn)該技術(shù)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(xué)功能，而這篇文章描述了這種蛋白質(zhì)實(shí)現(xiàn)這些功能的機(jī)制。

文章標(biāo)題

RNA targeting unleashes indiscriminate nuclease activity of CRISPR-Cas12a2