张锋教授团队开发新冠病毒CRISPR检测技术，三步检测仅需约1个小时

Original 学术经纬学术经纬 2021-04-01

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▎药明康德内容团队编辑

今日，麻省理工学院（MIT）的麦戈文脑科学研究所（McGovern Institute for Brain Research）宣布，张锋教授团队利用基于CRISPR的技术，开发了一种检测新冠病毒RNA的方法。它仅需纯化的核酸分子样本，通过简单的三步，就能在1个小时的时间里完成检测。由于这项技术还比较初步，尚未在真实患者样本中做过检测，因此科学家们也强调，这个方法目前不能用于临床上对新冠病毒感染的诊断。

火眼金睛的福尔摩斯

在相关的论文中，张锋教授团队指出，面对新型冠状病毒的爆发，目前主要的检测手段是qPCR。但我们也需要意识到，qPCR所需的试剂和设备并不总是容易获得。在一定程度上，这也会影响到疾病诊断的速度。为了推进对疾病的诊断，研究人员们也正在开发新型的诊断工具。他们在论文中描述的工具，便是在这个前提下诞生的。

这个工具利用的是张锋教授团队在2017年于《科学》杂志上发表的SHERLOCK技术。这个技术与夏洛克·福尔摩斯同名，实则为“Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing”技术的缩写。从名字上看，它具有特异的高灵敏度。

▲本研究基于2017年《科学》杂志上的一项研究（图片来源：参考资料[4]）

而基于CRISPR技术诞生的它，也的确有着福尔摩斯般的“火眼金睛”。在2017年的《科学》论文中，研究人员们指出，这套系统无论对RNA还是DNA，灵敏度都达到了单分子级。

检测新冠病毒的技术原理

从原理上看，这项技术并不难理解。SHERLOCK的核心是一种叫做Cas13a的酶和与其结合的向导RNA。根据新冠病毒的RNA序列，研究人员们精心设计了两种向导RNA，一种识别新冠病毒的S基因，另一种识别Orf1ab基因。为了最大程度提高检测的准确率，科学家们挑选的都是最具新冠病毒特异性的序列。这样一来，其他呼吸道病毒基因组带来的干扰也能被降到最低。

基于这个设计，理论上说，只要样本里有新冠病毒所对应的RNA，向导RNA就能对其进行精准的识别，并激活与其结合的Cas13a蛋白。Cas13a是一种很有趣的酶，一旦被激活，它就会不分青红皂白，疯狂切开它所遇到的任何其他RNA分子。也正是利用这种特性，研究人员们在样本里还会添加一种通过RNA相连接的特殊分子。一旦Cas13a得到激活，这种特殊分子上的RNA就会被切断。这样一来，通过确认这些分子有没有被切断，我们就能知道最初的样本里有没有新冠病毒的存在。

▲通过确认这些分子有没有被切断，我们就能知道最初的样本里有没有新冠病毒的存在（图片来源：参考资料[3]）

一般来说，后续的检测工作并不需要太多繁琐的步骤，所需的仅仅是一些能够特异识别“完整分子”和“切断分子”的试纸。如果样本里不存在新冠病毒，那么试纸标识“完整分子”的较低位置上，就会出现一条条带；相反，如果样本里真的有新冠病毒对应的RNA，那么在代表“切断分子”的较高位置上，会出现另一条条带。通过条带位置的不同，我们很容易就能确认新冠病毒的存在与否。

▲通过条带的不同位置，我们可以判断有没有新冠病毒的存在（图片来源：参考资料[1]）

简单三步，仅需1个小时

张锋教授团队也介绍了进行这项检测的步骤。完整流程可点击文末“阅读原文/Read More”，这里仅列出一些关键信息：

利用常规的同温扩增技术，对提取的核酸样本进行扩增。这一步需要25分钟，维持42摄氏度。
在样本里加入Cas13蛋白，向导RNA，以及起到报告作用的特殊分子。然后在37摄氏度下，继续反应30分钟。
使用试纸对第二步里获得的样本进行检测。这一步大约需要2分钟的反应。

▲点击文末“阅读原文/Read More”，即可获得详细流程信息（图片来源：参考资料[1]）

研究人员们表示，在测试中，他们能够稳定检测出新冠病毒的序列，而且灵敏度很高——每微升里仅需100个拷贝，乃至10个拷贝，都可以被检测出来。

总结

总体来看，研究人员们指出，仅仅从患者体内分离纯化出RNA，再利用上述这些步骤，就有望在1个小时内进行诊断，而无需复杂的各种设备。任何有意测试这项技术的科研人员，都可以在线申请材料（https://www.addgene.org/91909/，或sherlock@broadinstitute.org）。

但他们也一再强调，这一技术尚未用在患者的样本上，所以没有得到验证，不可直接用于临床诊断。他们也将与其他研究人员们合作，不断在线更新最新的技术指导。

值得一提的是，世界卫生组织在本周针对新冠病毒的研究大会上，明确指出“开发准确并且使用简便的诊断检测”是当务之急。我们也期待这一技术能早日得到验证，协助病患的诊断。

参考资料：

[1] A protocol for detection of COVID-19 using CRISPR diagnostics, Retrieved February 14, 2020, from https://static1.squarespace.com/static/5b7c640be2ccd1703a3da4d3/t/5e46d16cf617da2f796f926e/1581699437272/COVID-19+detection+%28v20200214%29.pdf

[2] Enabling coronavirus detection using CRISPR-Cas13: An open-access SHERLOCK research protocol, Retrieved February 14, 2020, from https://mcgovern.mit.edu/2020/02/14/enabling-coronavirus-detection-using-crispr-cas13-an-open-access-sherlock-research-protocol/

[3] Researchers advance CRISPR-based tool for diagnosing disease, Retrieved February 14, 2020, from https://mcgovern.mit.edu/2018/02/15/researchers-advance-crispr-based-tool-for-diagnosing-disease/

[4] Gootenberg, J. S., Abudayyeh, O.O. et al. Nucleic acid detection with CRISPR-Cas13a/C2c2. Science. Online first: April 13, 2017. DOI: 10.1126/science.aam9321

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