CRISPR是一种源自原核生物获得性免疫系统的革命性基因编辑技术。其具有操作简便、成本低、灵敏度和特异性高等独特优点。

核酸分子,包括DNA和RNA,是一切生命形式最基本的遗传物质,是决定生物体种类和生命活动的基础。因此,通过对核酸分子的快速准确鉴定(即分子诊断技术),能够提供各类疾病的患病风险、病因和基因型等信息,从而为疾病的预防、监控和治疗提供相应依据。

分子诊断技术的便捷化和家庭化时下正成为精准医疗领域的主要发展趋势,对提高我国疾病预防监控能力和全民健康水平有着重要意义。

 

 

目前最为成熟、应用最为广泛的分子诊断技术是聚合酶链式反应技术(PCR技术)。但由于该技术操作复杂、仪器昂贵、以及涉及多重变温过程,使得该技术在现场和家庭检测领域的应用潜力受到了极大限制。为了克服PCR技术的缺点,一类不依赖变温的检测技术,即等温扩增技术得到了广泛关注。这些技术由于反应温度单一,不受热循环仪的制约,正逐渐成为PCR的最佳替代方法之一。因此,开发出一种性能优异、具有完全自主知识产权的核酸等温扩增检测新技术,对满足我国分子诊断领域日益增长的需求、提高相关产业的国际竞争力意义重大。

CRISPR/Cas9系统是一种源自原核生物,如细菌和古细菌等的获得性免疫系统。通过简单的“编程”过程,该系统的效应蛋白,Cas9蛋白能够识别特定基因序列,并对识别靶点附近的 DNA 双链进行剪切。基于这一特点,CRISPR/Cas9技术也被称为“基因魔剪技术”,被广泛应用于诸如基因调控和基因编辑等的治疗领域,并已吸引了企业和科技界的广泛关注。

中国科学院深圳先进技术研究院副研究员周文华博士等创新性地提出利用CRISPR系统效应蛋白Cas9在与靶核酸分子结合过程中独特的构象变化,作为链取代等温扩增反应的开关,高效启动针对靶核酸分子的指数倍扩增(简称CRISDA技术)。在这一反应中,Cas9蛋白作为检测反应中的一个具有主动搜寻功能的”开关”,在找到具有某一疾病或某一特征相关的特定靶DNA序列后,能高效起始该靶核酸的指数倍“复制”过程。这一技术可在1小时左右将极低浓度的特征性靶核酸复制至足够被检测到的浓度,从而使得研究人员可以通过肉眼或试纸条技术直接确定样品中是否存在某种特定的核酸序列。目前,周文华等已通过两步反应,在90分钟内,对复杂的溶液样品中的极低浓度的靶核酸序列,如人基因组片段、乳腺癌致病风险相关的突变位点或转基因大豆基因组等,成功实现了CRSIDA等温扩增检测。除了在上述癌症筛查和农业安全评估等领域,CRISDA基因快检技术在其它精准医疗诊断和生物安全监控领域同样具有巨大的应用前景。

团队研发的CRISDA技术具有极高的灵敏度、特异性、抗干扰性和普适性,且整个检测过程无需变温,仅需两步完成反应,非常适用于自动化检测平台。团队正努力将这一技术与微流控技术和试纸条技术相结合,进而实现核酸检测的便携化和家庭化。未来,团队计划基于CRISDA技术,开发出名片大小的一次性微流控生物芯片,服务于遗传病筛查、流行病诊断、食品安全和公共安全等领域,充分满足从现场检测到家庭检测的市场需求。