為了提高其檢測生物樣本中微量SARS-CoV-2病毒的能力，來自萊斯大學和康涅狄格大學的合作者進一步設計了RNA編輯CRISPR-Cas13系統。據悉，該系統的一個巨大優勢是，它不需要黃金標準的PCR測試中所必需的耗時的RNA提取和擴增步驟。

與PCR測試相比，這個新平臺非常成功。事實上，在對直接來自鼻拭子的臨床樣本的測試中，它發現了11個陽性中的10個，沒有假陽性。科學家們表明他們的技術能發現attomolar（10^-18）濃度的SARS-CoV-2的跡象。

【資料圖】

Cas13和它更知名的表親Cas9一樣，是細菌自然防御入侵的噬菌體系統的一部分。自發現以來，CRISPR-Cas9已被科學家們用于編輯活體DNA基因組并表現出治療甚至治愈疾病的巨大前景。

另外，它還可以用在其他方面。Cas13本身可以用引導RNA增強從而用來尋找和剪斷目標RNA序列，同時還可以尋找“附屬物”，在這種情況下，就是像SARS-CoV-2這樣的病毒的存在。

“這項工作中的工程Cas13蛋白可以很容易地適應其他先前建立的平臺，”研究人員Xue Sherry Gao說道，“工程Cas13變體的穩定性和穩健性使它們更適合在沒有昂貴的PCR機器的低資源環境地區進行醫療點診斷。”

另一位研究人員Jie Yang表示，野生型Cas13來自一種細菌Leptotrichia wadei，無法在30到60分鐘的時間范圍內檢測到attomolar水平的病毒RNA，但萊斯大學創造的增強型版本在約半小時內就能完成工作，而且檢測SARS-CoV-2的濃度比以前的測試低得多。

她繼續指出，關鍵在于Cas13活性部位附近的一個隱藏良好的靈活發夾環。“它在蛋白質的中間，靠近催化部位，決定了Cas13的活性。由于Cas13是大型和動態的，要找到一個插入另一個功能域的部位是很有挑戰性的。”

研究小組將七個不同的RNA結合域融合到環路上，其中兩個復合物明顯具有優勢。當他們找到目標時，這些蛋白質會發出熒光并顯示出病毒的存在。

“我們可以看到，增加的活性是野生型Cas13的五或六倍。這個數字似乎很小，但它在蛋白質工程的一個步驟中就相當驚人了，”Yang說道，“但這仍不足以進行檢測，所以我們將整個檢測從熒光板閱讀器（其體積相當大，而且在低資源環境中無法使用）轉移到電化學傳感器，其靈敏度更高，可用于醫療點診斷。”

Yang表示，在使用現成的傳感器的情況下，與野生型蛋白相比，工程蛋白在檢測病毒方面的靈敏度要高五個數量級（100,000倍）。

該實驗室希望將其技術應用到像家用COVID-19抗體測試中的紙條上，不過這需要有更高的靈敏度和準確性。“我們希望這將使測試更加方便，并為許多目標提供更低的成本，”Gao說道。

研究人員還在研究改進寨卡、登革熱和埃博拉病毒的檢測及心血管疾病的預測性生物標志物。他們的工作可能導致快速診斷COVID-19的嚴重程度。

“不同的病毒有不同的序列。我們可以設計導引RNA來靶向一個特定的序列，然后我們可以檢測，這就是CRISPR-Cas13系統的力量，”Yang說道。

但由于該項目正好在COVID-19大流行的時候開始，SARS-CoV-2是一個自然的焦點。

“作為結構生物學、蛋白質工程和生物醫學設備開發的組合努力，我們對這項工作感到非常興奮，”Gao補充道，“我非常感謝我的實驗室成員和合作者的所有努力。”