细菌已经发展出特殊的防御机制来保护自己免受病毒的侵害,而病毒绝不仅仅感染人类。作为这些所谓的CRISPR- cas系统的一部分,作为“向导RNA”的CRISPR核糖核酸(crRNA)可以识别外来基因组的区域,例如病毒DNA。crispr相关(Cas)核酸酶在crRNA的指导下,像剪刀一样将其切割成无害的。人类已经利用了这一策略:“CRISPR,通常被称为‘基因剪刀’,是许多分子技术的基础,”Helmholtz RNA感染研究所(HIRI) RNA合成生物学系主任Chase Beisel说。
Beisel实验室与JMU于2021年合作开发的诊断平台LEOPARD也利用了CRISPR技术。LEOPARD有潜力在一次测试中检测各种疾病相关的生物标志物。这种方法是基于对RNA因子进行重编程,即所谓的tracrRNAs。这些rna自然参与帮助产生Cas9和不同Cas12核酸酶使用的引导rna。LEOPARD专注于Cas9。然而,CRISPR-Cas系统还包括另一组不同的核酸酶,称为Cas12,”Beisel解释说。虽然Cas9和Cas12都能切割DNA靶标,但Cas12可以通过切割“附属”DNA来增加输出信号。这可以使检测技术更敏感,从而更有效。
Chase Beisel领导的团队现在已经将LEOPARD的独特功能扩展到了Cas12。研究人员将这种方法命名为PUMA(可编程tracrnas解锁原间隔区邻近基序的Cas12核酸酶独立检测核糖核酸)。他们发现的细节是《自然通讯》杂志上一篇论文的主题。
尽管Cas12核酸酶在分子诊断中得到了广泛的应用,但仍然存在两个主要的限制:基于Cas12的技术**于DNA靶标,并且需要一个称为PAM的特定识别序列来识别目标分子。
PUMA优雅地应对了这些挑战。和LEOPARD一样,这种新方法也依赖于tracrrna。“使用PUMA,我们可以重新编程tracrrna。这使我们能够决定哪个RNA生物标记物成为向导RNA。
该研究的**作者Chunlei Jiao解释说:“这种引导RNA反过来将Cas12引导到我们提供的DNA分子上,并激活基因剪刀。”
Beisel补充说:“DNA切割告诉我们样品中存在哪种生物标志物,例如针对不同病原体的生物标志物。”
因此,这种新方法能够使用通常只能识别DNA的CRISPR核酸酶检测RNA生物标志物。“这对于只能在RNA水平上发现的分子生物标志物尤其重要。例如,这包括RNA病毒,”然而,PUMA不需要特定的识别序列:PAM包含在提供的DNA靶分子中。由于研究人员提供了目标分子,他们也可以引入截短的DNA。因此,他们能够显著提高该方法的速度。
“PUMA有潜力成为一种灵活而精确的RNA检测工具,”Beisel总结道。最后,该团队通过鉴定与急性败血症相关的五种细菌病原体,证明了该方法的潜力。他们的检测依赖于一个单一的通用的、重编程的tracrRNA,它提供了一种区分不同类型细菌的简化方法。这在医学上开辟了广泛的潜在应用:“这项新技术代表了一种新的CRISPR诊断形式,可以在护理点进行可靠的分子检测——无论是病毒或细菌病原体的鉴定,还是癌症生物标志物的检测,”Chunlei Jiao说。
研究小组已经在计划下一步:“我们的目标是实现与LEOPARD类似的多路读出,并扩大该技术的应用范围,”Beisel说,他还预计该技术将在研究界得到广泛应用:“我们希望我们的研究将促进对tracrRNA重编程的进一步探索。”
本网站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,转载内容不代表本站立场。不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。