CRISPR'nin en son başarıları: sadece gen düzenleme için değil, aynı zamanda HPV, Zika ve diğer virüslerin tespiti için
CRISPR, kullanım kolaylığı ve basit yapısı nedeniyle genetik araştırma alanında devrim niteliğinde bir teknoloji olarak kabul edilir. Günümüzde bu popüler gen düzenleme aracı, tarımdan tıbbi tedaviye ve hatta çevre korumaya kadar yalnızca memeli hücrelerini değiştirmek için kullanılmıyor (Massachusetts Teknoloji Enstitüsü Profesörü Zhang Feng: CRISPR iklim sorunları üzerinde parlayacak) ve bilim adamları bunu gösterdi. Büyük ilgi.
CRISPR araştırmasında bahsetmemiz gereken iki öncü var, yani MIT profesörü Zhang Feng Ve California Üniversitesi, Berkeley'de bir profesör Jennifer Doudna .
Şekil Zhang Feng ve Jennifer Doudna
Jennifer Doudna, ilk yıllarda CRISPR sistemi üzerine birçok temel araştırma yaptı. 2012'de "Science" da yayınlanan bir makale, CRISPR'nin canlı hücrelerdeki genleri ilk kez değiştirebildiğini kanıtladı ve CRISPR'nin genom düzenlemede olasılığını tamamen tartıştı. . Feng Zhang'ın ekibi, CRISPR sistemini 2013'te yayınlanan bir makalede ilk kez memeli hücrelerinde gen düzenleme için kullandı. Bu bağlamda, Zhang Feng'in ekibi, Amerika Birleşik Devletleri'nde fikri mülkiyet korumasını ilk alan ekip olmuştur, ancak Avrupa Patent Ofisi, Zhang Feng'in ekibinin patent başvurusunu iptal etmiştir. Şimdiye kadar, iki gazi arasındaki patent anlaşmazlığı tüm hızıyla devam ediyor.
Tesadüfen, 15 Şubat'ta Science'ta yayınlanan iki çalışma, sırasıyla Jennifer Doudna ve Zhang Feng'in CRISPR sistemine dayalı laboratuvarı tarafından geliştirilen yeni teşhis araçlarını gösterdi.
Makalelerden birinde, Doudnanın ekibi DETECTR adlı bir sistem sundu, İnsan örneklerindeki farklı HPV virüs türlerini doğru bir şekilde tanımlayabilir. Başka bir makalede, Zhang Fengin ekibi, geçen yıl başarıyla geliştirilen performansı optimize edilmiş SHERLOCK sistemini gösterdi. İnsan örneklerinde Zika virüsü, dang virüsü ve diğer zararlı bakterileri tespit etmek için kullanılır.
Bu iki makale birlikte, CRISPR'nin sadece genom düzenleme için değil, büyük potansiyelini göstermektedir.
"Yeni nesil teşhis teknolojisini mümkün kılıyor ve mevcut teknolojiden daha uygun maliyetli " , Rochester Üniversitesi'nde Biyokimya ve Biyofizik Bölümü'nde yardımcı doçent olan Mitchell O'Connell, dedi.
Doudna grubu Takım: HPV 16 enfeksiyonunun% 100 doğru tespiti
"Science" da yayınlanan araştırmada Doudna'nın ekibi CRISPR-Cas12a sistemini kullandı. Çok ilginç bir fenomen buldular: Bu CRISPR sistemi hedeflenen çift sarmallı DNA'yı kestiğinde, Cas12'nin DNaz aktivitesi aktive olur ve enzim spesifik olmayan tek sarmallı DNA'yı (ssDNA) kesebilir.
Araştırmanın ortak yazarı, Berkeley'deki California Üniversitesi'nde bir laboratuvar araştırmacısı olan Janice Chen şunları söyledi: " Bu tesadüfi ama "çılgın" bir keşif . "
Şekil DETECTR çalışma prensibi
Bunun "çılgın" bir keşif olmasının nedeni, Çünkü bu keşif, hücrede belirli bir amaç DNA'nın bulunup bulunmadığını tespit etmek için yeni bir fikir sağlar: Aynı zamanda, DNA'yı hedefleyen CRISPR-Cas12a sistemi ve spesifik olmayan ssDNA floresan raportör geni (FQ etiketli raportör) hücreye verilir.Hedef DNA tespit edildiğinde CRISPR-Cas12a sistemi aktive edilecek.Aynı zamanda floresan raportör gen de aktive edilecektir. Bozulur, böylece bir flüoresan sinyali verir.
Buna dayanarak Chen ve meslektaşları, viral enfeksiyonları teşhis etmek için kullanılabilecek yeni bir teşhis aracı geliştirdiler. İzotermal nükleik asit amplifikasyonu Teknolojilerin kombinasyonu hassasiyeti artırır. Araç, kısaltılmış DNA Endonükleaz Hedefli CRISPR Trans Reporter olarak adlandırılmıştır. DETECTR .
Şimdiye kadar, bilim adamları DETECTR'nin test tüpü seviyesinde yapabileceğini kanıtladılar. HPV16 enfeksiyonunun% 100 doğru tespiti, HPV18 enfeksiyonunun% 92 doğru tespiti . HPV16 ve HPV18, hastalarda kanser olasılığını artırabilir ve özellikle tehlikeli iki HPV alt tipidir.
Chen, "Tabii ki, sistemi sürekli olarak iyileştirmemiz gerekiyor. Ancak prensip olarak bu fikir uygulanabilir ve gerçekten heyecanlıyız." Dedi.
İyi haber şu ki DETECTR testi diğer testlere göre ucuz ve hızlı: Tek maliyet bir dolardan az, yalnızca bir saat .
şimdi, Chen ve ekibi, floresan sinyalleri kolayca okuyabilen donanım cihazları geliştirmek için çok çalışıyor. . Ayrıca sistemin kan, tükürük veya idrar gibi diğer insan örneklerine yanıt verip veremeyeceğini test etmek istiyorlar.
Zhang Feng'in ekibi: 100 kat daha hassas, birden fazla virüsü tespit edebiliyor
Geçen yıl, Zhang Feng'in ekibi, SHERLOCK'un CRISPR-Cas13a'yı Zika RNA dizilerini, dang hummasını ve hatta çeşitli insan örneklerinde (tükürük gibi) kanser mutasyonlarıyla ilgili bazı dizileri bulmak için nasıl kullandığını gösterdi.
Şimdi, SHERLOCKv2 doğdu. SHERLOCK ile karşılaştırıldığında, duyarlılığı 100 kat daha yüksektir ve aynı örnekte birden fazla virüs enfeksiyonunu tespit edebilir. Zika ve Dang virüsü aynı anda tespit edildi .
Bu etkinin nedeni, LwaCas13a ve PsmCas13b gibi SHERLOCKv2'de farklı bakteri türlerinden çeşitli Cas13 enzimleri getirmeleridir.
Şekil CRISPR-Cas13a
Bu farklı Cas enzimleri, farklı RNA dizileri için farklı derecelerde "tercih" gösterir. Başka bir deyişle, hücreye aynı anda birden fazla enzim ve birden fazla floresan raportör gen verildiğinde, CRISPR sistemi hedef geni bulduğunda, karşılık gelen Cas13, ekleme enzim aktivitesini aktive edecek ve floresanı serbest bırakmak için karşılık gelen floresan raportör geni kesecektir. sinyal.
Bu ilke temelde Doudna ekibinin DETECTR'si ile aynıdır, ancak Feng Zhang'ın ekibi tarafından tasarlanan floresan haberci genin spesifik olması gerekirken, Doudna ekibi spesifik değildir. Ancak, SHERLOCKv2'nin birden fazla diziyi aynı anda algılamasına izin veren "özgüllüğün" avantajıdır.
Aynı benzer fikir, hassasiyeti artırmak için Zhang Feng'in ekibinin izotermal nükleer amplifikasyon teknolojisini de tanıtmasıdır. Ancak ek olarak, CRISPR tip-III'teki Csm6 enzimini de sisteme dahil ettiler. Csm6 enziminin spesifik parçalanma dizisi, bir siklik adenilat molekülü ve sonunda 2 ', 3'-siklik fosfat bulunan doğrusal bir adenilattır. CRISPR sistemini Cas13 tarafından kesilen sekansın Csm6 enziminin hedef sekansı olacak şekilde tasarlayarak, hassasiyetin büyük ölçüde geliştirilebileceğini buldular.
"Tüm enzimler tek bir tüpe yerleştirildi, sadece daha iyi bir rol oynamak için etkileşime girmiyorlar, aynı zamanda bize değerli biyolojik bilgiler veriyorlar. Bu gerçekten harika ve bize biyokimyanın gücünü tam olarak gösteriyor." , Makalenin ortak yazarı, Zhang Feng'in laboratuvarından bir doktora öğrencisi olan Jonathan Gootenberg, dedi.
Şu anda, viral enfeksiyonun teşhisi genellikle virüs izolasyonunu ve tanımlanmasını, viral nükleik asit ve antijenin doğrudan tespitini ve spesifik antikorların tespitini içerir. Yalnızca zaman alıcı olmakla kalmaz, aynı zamanda tıbbi ekipman ve operatörler için yüksek düzeyde profesyonellik gerektirir. Bu nedenle, pahalı ekipmanlara ve tıbbi personele dayanmayan akıllı bir teşhis cihazı geliştirmek çok önemlidir. , Özellikle virüs enfeksiyonlarının sıklıkla yaygın olduğu gelişmekte olan ülkeler için.
DETECTR ile karşılaştırıldığında, Zhang Feng'in ekibi tarafından makalede açıklanan teşhis aracı SHERLOCKv2, bu hedefin bir adım ötesine geçiyor.
Şekil | SHERLOCK test şeridi test sonuçları ekranı
DETECTR gibi SHERLOCK da çıkış olarak floresan sinyalleri kullanır. Ancak bununla sınırlı değil, Zhang Feng'in ekibi, hamilelik testi çubuğuna benzer bir test şeridi testi yöntemi de geliştirdi. Artık herhangi bir özel ekipman olmadan Sadece bir test kağıdı SHERLOCKv2, kullanımı çok kolay olan virüs enfeksiyonu tespit sonuçlarını görüntüleyebilir.
O'Connell, "Çok kötü bir durum hayal edin, elektrik gibi enerji yok. Ancak, numuneler olduğu sürece, SHERLOCKv2 test şeridi sahada kullanılabilir," dedi. Ve aynı zamanda çok ucuz: SHERLOCKv2 test şeritleri sadece birkaç dolar .
DETECTR ve SHERLOCK bize tanı koymadaki güçlerini göstermiş olsalar da, araştırmacıların klinik kullanıma girmeden önce tanının doğruluğunu sağlamak için hala yapacak çok işi var.
Bununla birlikte, bu yeni teşhis araçlarının, özellikle gelişmiş ekipman ve iyi eğitimli personelden yoksun gelişmekte olan ülkeler için, gelecekteki teşhis teknolojisini kesinlikle yeniden yazacağına inanılıyor. Zhang Feng'in laboratuvarından bir başka doktora öğrencisi ve makalenin yazarlarından Omar Abudayyeh, "İnsan sağlığını ve toplumu bir bütün olarak etkileme potansiyeline sahip" dedi.
Sonuç olarak, enfeksiyonların hızlı teşhisi için iki ekip tarafından geliştirilen bu ucuz CRISPR tabanlı cihazlar, Dünyada, özellikle gelişmekte olan ülkelerde virüs (HPV ve Zika gibi) enfeksiyonlarının teşhisinde gerçek bir devrim getirmesi bekleniyor. .
