经过设计的Cas13可简化新冠及其他疾病的检测过程

为了提高其检测生物样本中微量SARS-CoV-2病毒的能力，来自莱斯大学和康涅狄格大学的合作者进一步设计了RNA编辑CRISPR-Cas13系统。据悉，该系统的一个巨大优势是，它不需要黄金标准的PCR测试中所必需的耗时的RNA提取和扩增步骤。

与PCR测试相比，这个新平台非常成功。事实上，在对直接来自鼻拭子的临床样本的测试中，它发现了11个阳性中的10个，没有假阳性。科学家们表明他们的技术能发现attomolar（10-18）浓度的SARS-CoV-2的迹象。

Cas13和它更知名的表亲Cas9一样，是细菌自然防御入侵的噬菌体系统的一部分。自发现以来，CRISPR-Cas9已被科学家们用于编辑活体DNA基因组并表现出治疗甚至治愈疾病的巨大前景。

另外，它还可以用在其他方面。Cas13本身可以用引导RNA增强从而用来寻找和剪断目标RNA序列，同时还可以寻找“附属物”，在这种情况下，就是像SARS-CoV-2这样的病毒的存在。

“这项工作中的工程Cas13蛋白可以很容易地适应其他先前建立的平台，”研究人员Xue Sherry Gao说道，“工程Cas13变体的稳定性和稳健性使它们更适合在没有昂贵的PCR机器的低资源环境地区进行医疗点诊断。”

另一位研究人员Jie Yang表示，野生型Cas13来自一种细菌Leptotrichia wadei，无法在30到60分钟的时间范围内检测到attomolar水平的病毒RNA，但莱斯大学创造的增强型版本在约半小时内就能完成工作，而且检测SARS-CoV-2的浓度比以前的测试低得多。

她继续指出，关键在于Cas13活性部位附近的一个隐藏良好的灵活发夹环。“它在蛋白质的中间，靠近催化部位，决定了Cas13的活性。由于Cas13是大型和动态的，要找到一个插入另一个功能域的部位是很有挑战性的。”

研究小组将七个不同的RNA结合域融合到环路上，其中两个复合物明显具有优势。当他们找到目标时，这些蛋白质会发出荧光并显示出病毒的存在。

“我们可以看到，增加的活性是野生型Cas13的五或六倍。这个数字似乎很小，但它在蛋白质工程的一个步骤中就相当惊人了，”Yang说道，“但这仍不足以进行检测，所以我们将整个检测从荧光板阅读器（其体积相当大，而且在低资源环境中无法使用）转移到电化学传感器，其灵敏度更高，可用于医疗点诊断。”

Yang表示，在使用现成的传感器的情况下，与野生型蛋白相比，工程蛋白在检测病毒方面的灵敏度要高五个数量级（100,000倍）。

该实验室希望将其技术应用到像家用COVID-19抗体测试中的纸条上，不过这需要有更高的灵敏度和准确性。“我们希望这将使测试更加方便，并为许多目标提供更低的成本，”Gao说道。

研究人员还在研究改进寨卡、登革热和埃博拉病毒的检测及心血管疾病的预测性生物标志物。他们的工作可能导致快速诊断COVID-19的严重程度。

“不同的病毒有不同的序列。我们可以设计导引RNA来靶向一个特定的序列，然后我们可以检测，这就是CRISPR-Cas13系统的力量，”Yang说道。

但由于该项目正好在COVID-19大流行的时候开始，SARS-CoV-2是一个自然的焦点。

“作为结构生物学、蛋白质工程和生物医学设备开发的组合努力，我们对这项工作感到非常兴奋，”Gao补充道，“我非常感谢我的实验室成员和合作者的所有努力。”