新型手持式基因檢測工具 CRISPR芯片,幾分鐘內(nèi)檢測到特定的基因突變

CRISPR-Cas9系統(tǒng)除了基因編輯，還有基因標靶的能力。近日，刊登于《Nature Biomedical Engineering》的一篇研究提及，將CRISPR與石墨烯制成的電子晶體管結(jié)合，制成一種新型手持式基因檢測工具CRISPR芯片（CRISPR-Chip），它能夠在幾分鐘內(nèi)檢測到特定的基因突變，未來可望應用于快速診斷遺傳疾病及評估基因編輯的精準性。

為了利用CRISPR的基因標靶能力，該研究團隊使用失活的Cas9蛋白，它能找到DNA的特定位置但不會切割它，并將其連接到由石墨烯制成的晶體管上。當CRISPR復合物在其標靶的DNA上找到斑點時，它與其結(jié)合并觸發(fā)石墨烯的電導率的變化，進而反過來改變晶體管的電特性。

與眾不同的是，該研究的CRISPR技術(shù)開發(fā)是利用納米電子技術(shù)檢測DNA樣本基因突變，直接省去PCR流程（PCR-free/ Amplification-free），不再局限于實驗室，同樣可在其他環(huán)境下直接進行檢測。例如，它能在醫(yī)生辦公室或野外工作環(huán)境中進行基因檢測，而無需將樣品送到實驗室。美國克萊蒙特麥金納學院（Claremont McKenna College）凱克研究所（KGI）的助理教授Kiana Aran談到，石墨烯電晶體具有極高的靈敏度，與CRISPR技術(shù)合二為一，將純化過的DNA樣本放在芯片上，幾分鐘便可得知檢測結(jié)果。

自基因檢測蓬勃發(fā)展，成為臨床醫(yī)師及遺傳學專家尋找致病基因突變的利器。該研究團隊也通過杜氏肌肉萎縮癥（Duchenne Muscular Dystrophy, DMD）突變基因位點進行檢測證實其功效。

以DMD兩種常見突變基因的檢體樣本進行CRISPR-Chip檢測，在15分鐘內(nèi)芯片輸出資訊的靈敏度為1.7 fM，其輸出信號相較于沒有基因標靶（gene targeting）序列的樣本來的高。由于DMD是大量的肌肉營養(yǎng)不良蛋白基因突變引起，使用CRISPR-Chip可以節(jié)省PCR成本及上機時間，更能協(xié)助醫(yī)師為患者規(guī)劃個人化治療和預防治療，如個體抗藥性基因篩檢、遺傳篩檢。另外，該技術(shù)也可監(jiān)測CRISPR與特定DNA序列結(jié)合與否，或是引導RNA（guide RNA, gRNA）設計的正確性。

該研究的共同作者加利福尼亞大學柏克萊分校（The University of California, Berkeley）生物工程學教授Niren Murthy表示，只需要從患者身上抽取檢體，DNA樣本純化后與CRISPR-Chip結(jié)合隨即檢測DNA序列，是該技術(shù)最重要的優(yōu)勢，這將引領(lǐng)床邊檢測（bedside assay）趨勢。

最后，他們希望持續(xù)優(yōu)化并推出更多樣化的CRISPR-Chip技術(shù)應用，未來設計出一次多種的引導RNA（gRNA）進行檢測，達到短時間偵測多個基因突變的目標。