经过设计的Cas13可简化新冠及其他疾病的检测过程

2022年09月23日 13:11 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

一种基于CRISPR的新工程化方法准确地找到了COVID-19病毒SARS-CoV-2的RNA。这种高灵敏度的检测器有望使COVID-19和其他疾病的检测变得快速而简单。

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为了提高其检测生物样本中微量SARS-CoV-2病毒的能力,来自莱斯大学和康涅狄格大学的合作者进一步设计了RNA编辑CRISPR-Cas13系统。据悉,该系统的一个巨大优势是,它不需要黄金标准的PCR测试中所必需的耗时的RNA提取和扩增步骤。

与PCR测试相比,这个新平台非常成功。事实上,在对直接来自鼻拭子的临床样本的测试中,它发现了11个阳性中的10个,没有假阳性。科学家们表明他们的技术能发现attomolar(10-18)浓度的SARS-CoV-2的迹象。

Cas13和它更知名的表亲Cas9一样,是细菌自然防御入侵的噬菌体系统的一部分。自发现以来,CRISPR-Cas9已被科学家们用于编辑活体DNA基因组并表现出治疗甚至治愈疾病的巨大前景。

另外,它还可以用在其他方面。Cas13本身可以用引导RNA增强从而用来寻找和剪断目标RNA序列,同时还可以寻找“附属物”,在这种情况下,就是像SARS-CoV-2这样的病毒的存在。

“这项工作中的工程Cas13蛋白可以很容易地适应其他先前建立的平台,”研究人员Xue Sherry Gao说道,“工程Cas13变体的稳定性和稳健性使它们更适合在没有昂贵的PCR机器的低资源环境地区进行医疗点诊断。”

另一位研究人员Jie Yang表示,野生型Cas13来自一种细菌Leptotrichia wadei,无法在30到60分钟的时间范围内检测到attomolar水平的病毒RNA,但莱斯大学创造的增强型版本在约半小时内就能完成工作,而且检测SARS-CoV-2的浓度比以前的测试低得多。

她继续指出,关键在于Cas13活性部位附近的一个隐藏良好的灵活发夹环。“它在蛋白质的中间,靠近催化部位,决定了Cas13的活性。由于Cas13是大型和动态的,要找到一个插入另一个功能域的部位是很有挑战性的。”

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研究小组将七个不同的RNA结合域融合到环路上,其中两个复合物明显具有优势。当他们找到目标时,这些蛋白质会发出荧光并显示出病毒的存在。

“我们可以看到,增加的活性是野生型Cas13的五或六倍。这个数字似乎很小,但它在蛋白质工程的一个步骤中就相当惊人了,”Yang说道,“但这仍不足以进行检测,所以我们将整个检测从荧光板阅读器(其体积相当大,而且在低资源环境中无法使用)转移到电化学传感器,其灵敏度更高,可用于医疗点诊断。”

Yang表示,在使用现成的传感器的情况下,与野生型蛋白相比,工程蛋白在检测病毒方面的灵敏度要高五个数量级(100,000倍)。

该实验室希望将其技术应用到像家用COVID-19抗体测试中的纸条上,不过这需要有更高的灵敏度和准确性。“我们希望这将使测试更加方便,并为许多目标提供更低的成本,”Gao说道。

研究人员还在研究改进寨卡、登革热和埃博拉病毒的检测及心血管疾病的预测性生物标志物。他们的工作可能导致快速诊断COVID-19的严重程度。

“不同的病毒有不同的序列。我们可以设计导引RNA来靶向一个特定的序列,然后我们可以检测,这就是CRISPR-Cas13系统的力量,”Yang说道。

但由于该项目正好在COVID-19大流行的时候开始,SARS-CoV-2是一个自然的焦点。

“作为结构生物学、蛋白质工程和生物医学设备开发的组合努力,我们对这项工作感到非常兴奋,”Gao补充道,“我非常感谢我的实验室成员和合作者的所有努力。”

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