VIEW:神奇的基因剪刀——基于CRISPR-Cas系统的诊断治疗平台

几乎所有的生命形式都具有多种识别和抗击特定外来入侵生物的免疫防御系统。CRISPR即是大多数细菌及古细菌中一种不断进化的适应性免疫反应体系,是英文Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats的缩写,即规律成簇的间隔短回文重复。CRISPR是一套巧妙的系统:细菌先将外源性DNA片段整合进自身的基因组,然后转录出RNA,经过一系列剪切修饰后,利用这些RNA把带有核酸内切酶活性的Cas蛋白直接引导至外源序列的位置,并且将其切割断裂。对于细菌而言,就完成了对外来病原体的精确识别和快速打击。CRISPR系统由发挥核酸切割作用的CRISPR相关核酸酶(Cas)和向导RNA (gRNA)组成。gRNA识别出外来侵略者的特定核酸序列,在碱基配对成功后,核酸酶Cas蛋白将入侵者的遗传物质切断。得益于DNA序列的高度特异性,这一针对特定入侵序列的适应性免疫反应,在对于微量外部刺激的快速识别和响应上具有显著的天然优势。通过人为地设计针对不同目标的向导RNA,可以实现其在病原微生物核酸检测、肿瘤突变基因筛查、药物控释、疾病精准治疗等领域的广泛应用。

上海交通大学医学院附属瑞金医院/上海市伤骨科研究所崔文国教授团队聚焦骨科等再生医学材料及相关检测技术,总结近年来基于CRISPR体系的生物材料在疾病检测、诊断及治疗的进展,讨论其在病毒、细菌等病原微生物以及肿瘤等领域的医学治疗和诊断前景。

上海交通大学医学院附属瑞金医院/上海市伤骨科研究所崔文国教授团队聚焦再生医学材料及相关检测技术,在Wiley出版集团新推出的VIEW期刊发表了题为 “CRISPR-Cas system for biomedical diagnostic platforms”的综述论文。文章首先对CRISPR-Cas系统的构成、作用方式和引导RNA设计原则等方面进行了系统性介绍,并着重阐述了CRISPR-Cas系统适应、成熟和干扰的分子机理及其应用于疾病诊断和治疗的生物学基础。然后基于上述原理,文章总结了近年来CRISPR-Cas系统在病毒、细菌、真菌、寄生虫、螺旋体等常见病原微生物以及肿瘤检测领域的多项研究工作。同时也根据CRISPR对于特定核酸序列的响应性,展望CRISPR和水凝胶等生物材料相结合的疾病精准治疗平台。此外,本综述也对基于CRISPR的生物材料在以新型冠状病毒为代表的高致病性病原体的诊断和治疗领域的应用进行总结讨论,并提出了多种设想假设。被称为“基因剪刀”的CRISPR-Cas系统,在特定核酸序列识别的灵敏度和准确性上,具有无法比拟的内在优势,尤其在快速、微量病原体诊断治疗方面极具应用前景。该论文的第一作者为博士研究生王臻,通讯作者为崔文国教授。该工作得到了国家自然科学基金等资助。 该文发表在VIEW上(DOI:10.1002/VIW.20200008)。

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