快訊：科學(xué)家用CRISPR制造智能材料 可以傳遞藥物、感知生物信號(hào)

還有什么是CRISPR不能做的嗎?科學(xué)家已經(jīng)使用這種基因編輯工具制造了大量基因改造生物，同時(shí)還用它來追蹤動(dòng)物發(fā)育、檢測(cè)疾病以及控制害蟲。

如今，他們又發(fā)現(xiàn)了這種基因編輯工具的另一個(gè)應(yīng)用——使用CRISPR創(chuàng)建智能材料，后者能夠根據(jù)指令改變自己的形狀。

研究人員在日前出版的美國(guó)《科學(xué)》雜志上發(fā)表報(bào)告稱，這種可變形的材料能夠用來運(yùn)送藥物，并為幾乎所有的生物信號(hào)“站崗放哨”。這項(xiàng)研究由劍橋市麻省理工學(xué)院生物工程師James Collins主持。

Collins的團(tuán)隊(duì)研究的是由脫氧核糖核酸(DNA)鏈連接在一起的充滿水的高分子聚合物(被稱為DNA水凝膠)。為了改變這些材料的性質(zhì)，Collins和他的團(tuán)隊(duì)采用了一種形式的CRISPR，后者使用一種叫做Cas12a的DNA剪切酶。(基因編輯器CRISPR-Cas9使用Cas9酶在需要的位置剪切DNA序列)

Cas12a酶可以被編程來識(shí)別一種特定的DNA序列。這種酶會(huì)切斷其目標(biāo)的DNA鏈，然后切斷附近的單鏈DNA。

這一特性使得研究人員能夠構(gòu)建一系列由CRISPR控制的水凝膠，其中包含一個(gè)目標(biāo)DNA序列以及單鏈DNA——當(dāng)Cas12a識(shí)別出一個(gè)刺激物中的目標(biāo)序列后，這些單鏈DNA就會(huì)斷裂。

單個(gè)DNA鏈的斷裂觸發(fā)水凝膠改變形狀，或者在某些情況下完全溶解，進(jìn)而釋放有效載荷。

例如，作為一項(xiàng)治療的一部分，出于對(duì)刺激的響應(yīng)，研究小組創(chuàng)造的這些水凝膠可以釋放酶、藥物甚至人類細(xì)胞。

Collins希望這種水凝膠能被用來創(chuàng)建智能的治療方法，例如在腫瘤存在時(shí)釋放抗癌藥物，或者在感染部位周圍釋放抗生素。

研究人員還將CRISPR控制的水凝膠集成到電子電路中。

在一項(xiàng)嘗試中，他們把水凝膠放入一個(gè)名為微流體室的小芯片狀的裝置中，這個(gè)裝置與一個(gè)電子電路相連。當(dāng)檢測(cè)到來自包括埃博拉病毒和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌等在內(nèi)的病原體的遺傳物質(zhì)時(shí)，作為響應(yīng)，該電路將會(huì)被關(guān)閉。

研究團(tuán)隊(duì)甚至利用水凝膠開發(fā)了一個(gè)診斷工具原型——當(dāng)它在實(shí)驗(yàn)室樣本中識(shí)別出埃博拉病毒的遺傳物質(zhì)時(shí)便會(huì)發(fā)送無線電信號(hào)。如果一名團(tuán)隊(duì)成員在背包里攜帶了無線電探測(cè)器，他只需簡(jiǎn)單地走近這些樣本就能識(shí)別出其中的陽性樣本。

紐約州康奈爾大學(xué)伊薩卡分校生物工程師Dan Luo說，CRISPR水凝膠是對(duì)其他響應(yīng)性水凝膠的一次改進(jìn)，因?yàn)榭茖W(xué)家可以很容易地確定是什么觸發(fā)了材料的變化。過去創(chuàng)造智能水凝膠時(shí)所使用的酶要么不能切割特定的DNA 序列，要么只能切割少量特定的序列，進(jìn)而限制了它們的適應(yīng)性。

“我們現(xiàn)在正處于CRISPR的時(shí)代。”Collins說，“它已經(jīng)接管了生物學(xué)和生物技術(shù)。我們已經(jīng)證明，它現(xiàn)在可以進(jìn)入材料和生物材料領(lǐng)域。”

趙熙熙）

CRISPR又被稱為基因剪刀，是生物科學(xué)領(lǐng)域的游戲規(guī)則改變者，這種突破性的技術(shù)通過Cas9酶發(fā)現(xiàn)、切除并取代DNA的特定部分。這種技術(shù)的影響極其深遠(yuǎn)，從改變老鼠皮毛的顏色到設(shè)計(jì)不傳播瘧疾的蚊子和抗蟲害作物，再到修正鐮狀細(xì)胞性貧血等各類遺傳疾病等等。該技術(shù)十分精準(zhǔn)、廉價(jià)、易于使用，并且非常強(qiáng)大。(