Nature子刊:开发出可在几分钟内检测基因突变的CRISPR芯片:买球叶杨科技
点击量: 发布时间:2021-06-04
本文摘要:在一项新的研究中,来自美国加州大学伯克利分校兹学院联盟凯克研究所的研究人员将CRISPR与用石墨烯做成的电子晶体管融合在一起,建构出有一种可在几分钟内检测出有特定基因突变的新型手执设备。

在一项新的研究中,来自美国加州大学伯克利分校兹学院联盟凯克研究所的研究人员将CRISPR与用石墨烯做成的电子晶体管融合在一起,建构出有一种可在几分钟内检测出有特定基因突变的新型手执设备。这种称作CRISPR-Chip(CRISPR芯片)的设备可用作较慢临床遗传疾病或评估基因编辑技术的准确性。

他们用于这种设备来检验来自杜兴氏肌(DMD)患者的DNA样品中的基因突变。涉及研究结果于2019年3月25日在线公开发表在NatureBiomedicalEngineering期刊上,论文标题为“DetectionofunamplifiedtargetgenesviaCRISPR–Cas9immobilizedonagraphenefield-effecttransistor”。

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论文通讯作者、克莱蒙兹学院联盟凯克研究所助理教授KianaAran说,“我们研发出有首个利用CRISPR在基因组中搜寻潜在变异的晶体管。仅有须要将提纯的DNA样品放到这种芯片上,让CRISPR展开这种搜寻,这种石墨烯晶体管可在几分钟内报告搜寻结果。”医生和遗传学家如今可对DNA展开测序,以确认造成一系列性状和疾病的基因突变,而且像23andMe和AncestryDNA这样的甚至可以向奇怪的消费者获取这类测试。

但是与大多数形式的基因检测---还包括近期研发的基于CRISPR的临床技术---有所不同的是,CRISPR-Chip用于纳米电子技术来检测DNA样本中的基因突变,而需要首先通过一种称作(PCR)的时间和设备密集型过程来对感兴趣的DNA片段展开数百万次“扩充”或着说道拷贝。这意味著它有可能用作在医生办公室或野外工作环境中展开基因检测,而需要将样品送往实验室。跨过瓶颈CRISPR-Cas9系统以它在准确方位绑DNA链的能力而著称,就像一把锐利的剪刀那样,这为人们获取了前所未有的基因编辑功能。但是为了让Cas9蛋白精确地切割成和粘贴基因,人们首先必需在必须切割成的DNA中寻找清楚的位点。

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为了让Cas9寻找基因组上的特定方位,科学家们必需首先为它配有一段“一行RNA(gRNA)”,其中gRNA是部分段RNA,它的碱基与感兴趣的DNA序列有序。蛋白Cas9首先找出双链DNA并展开扫瞄以后寻找与gRNA相匹配的序列,然后融合上去。为了利用CRISPR的基因靶向能力,这些研究人员使用了一种失活的Cas9蛋白:需要在DNA上寻找特定的位点,但不加以切割成。

他们将它相连到由石墨烯做成的晶体管上。当CRISPR物在它靶向的DNA上寻找靶位点时,它融合上去并启动时石墨烯的电导率发生变化,这接着转变了这种晶体管的电学特性。

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这些变化可通过他们的产业合作者研发的一种手执设备展开检测。石墨烯由单个原子碳层包含,具备如此好的电敏感性以至于它需要检测仅有基因组样品中给定的DNA序列,而需要展开PCR扩充。

Aran说道,“石墨烯的超强灵敏度使得我们需要检测到CRISPR的DNA搜寻活性。CRISPR带给了选择性,石墨烯晶体管带给了灵敏度,而且我们需要将它们融合在一起展开这种需要PCR扩充的检测。”Aran期望需要迅速让这种设备具备多重性,从而容许医生们立刻引入多个gRNA,以便在几分钟内同时检测出有基因突变。

较慢临床为了证实CRISPR-Chip的灵敏度,这些研究人员用于这种设备检测来自杜兴氏肌营养不良患者的样本中的两种少见基因突变。论文联合作者、美国加州大学伯克利分校生物工程教授IrinaConboy说,CRISPR-Chip有可能是一种尤其简单的DMD筛查设备,这是因为这种相当严重的肌肉衰退疾病有可能是由于外用肌萎缩蛋白(dystrophin)编码基因再次发生的大量变异引发的。

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Conboy说,“如今作为一种少见作法,患上DMD的男孩一般来说会拒绝接受检验,直到我们经常出现问题,随后他们展开基因证实。”Conboy说,“通过用于这种数字设备,你可以在整个外用肌萎缩蛋白编码基因中设计gRNA,然后你需要在几小时内仅有检验这个基因的整个序列。

你可筛查父母甚至新生儿否不存在外用肌萎缩蛋白变异,然后,如果找到变异,那么化疗有可能在疾病实际产生之前尽快开始。”Murthy说,较慢基因检测也有可能用来协助医生为患者制订个性化的化疗计划。比如,遗传变异使得一些人对便宜的血液稀释剂(如Plavix)会作出反应。

Murthy说,“如果你装载某些变异或某些DNA序列,那么这将十分精确地预测你对某些药物的反应。


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