【Nature】分子诊断新方法！最近发现的蛋白质具有检测传染病的潜力

研究人员最近发现来自Sulicurvum sp. PC08-66的Cas12a2依赖于流产感染，即休眠或细胞死亡以响应入侵者的存在来实现群体水平的免疫，防止质粒的复制和传播。以实现人群水平的免疫力，可以利用这种机制来创建降解一系列侧支底物的合理突变体。

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05560-w#Sec1

生物技术革命

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多功能基因组编辑系统CRISPR-Cas的问世，掀起了一场生物技术革命。科学家们巧妙地将大自然在细菌中开发的免疫策略应用在了科学研究和医疗研发方面。例如，快速诊断病毒就是CRISPR-Cas系统近年来的一个成功应用。基于CRISPR的基因组编辑在生物学研究和临床应用方面都显示出了巨大潜力。与小分子药物和抗体药物相比，CRISPR能够直接靶向特定核酸序列，很大程度上解决了不可成药靶点限制，具有独特优势。

CRISPR/Cas系统是原核生物的一种天然免疫系统，存在于大多数细菌和古生菌中。原核生物在遭到病毒入侵后，能够把病毒DNA的一小段提取出来并存储到自身基因组上的特定区域， 我们把这个区域称为CRISPR存储空间。当再次遇到病毒入侵时，原核生物能够根据存储的DNA片段识别病毒，将病毒的DNA切断而使之失效。根据CRISPR/Cas系统的特性，科学家将其改造成了目前最高效的基因组编辑工具。

仅降解单链DNA

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研究小组发现，当这种名为Cas12a2的蛋白质与来自潜在危险病毒（称为靶RNA）的特定遗传物质序列结合时，Cas12a2的侧面部分摆出以显示活性位点。然后，活性位点开始不分青红皂白地切割它接触到的任何遗传物质。研究人员发现，通过Cas12a2蛋白的单个突变，活性位点仅降解单链DNA，这一特征在开发针对任何一种病毒量身定制的新诊断方法时特别有用。利用高分辨率的低温冷冻电镜（cryo-EM）技术，捕获了Cas12a2与核酸分子结合时的复合物结构。可以看到，Cas12a2就像一把多用途“基因魔剪”，在RNA引导下，有序切开单链RNA、单链DNA和双链DNA。

基于该技术的测试理论上可以将基于PCR的测试的最佳功能（高灵敏度，高精度和检测活动性感染的能力）与快速家庭诊断测试的最佳功能相结合。它也很容易适应任何新的RNA病毒，从患者身上收集唾液或鼻腔样本，与团队修饰的Cas12a2蛋白混合，该引导RNA片段就像面部照片一样识别特定病毒，以及荧光探针设计在其单链DNA被切割时点亮。

分子诊断工具

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研究者还证实，Cas12a2能被改造成为通过ssDNA/ssRNA来特异性检测RNA的分子诊断工具。研究者还利用Cas12a2非特异性降解dsDNA的能力开发出一种以质粒DNA或DNA缺口平移法为基础的检测试剂盒，这为未来的工具研发提供了新的思路。

总体而言，CRISPR系统诱导顿挫感染的新机制：当cRNA识别并结合目标RNA后，V型CRISPR系统Cas12a2活化，进而介导dsDNA的非特异性降解，最终导致顿挫感染。这一研究对CRISPR-Cas系统诱导顿挫感染实现抗病毒免疫的机制有了更深入和全面的了解和认识。此外Cas12a2被改造成为分子诊断工具的潜力也为未来的工具开发研究提供了新思路。

此次新发现的Cas12a2将为诊断工具箱再添一项潜在的有力工具，用于开发高灵敏诊断测试，以检测各种新的病原体。如果可以利用Cas12a2在基因水平上识别、瞄准和摧毁细胞的能力，有望在治疗上开发重要的应用。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05560-w#Sec1

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。