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Sherlock和Mammoth兩家公司的技術并非橫空出世,而是源于張鋒和Doudna兩家實驗室于2015-2018年期間在知名期刊上發表的一系列科研成果。這場學術上的比拼猶如兩個武林高手過招,精彩紛呈,讓人目不暇接。兩個團隊互相競爭,也互相學習,開拓了CRISPR分子診斷這一全新領域。
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幾年間,兩個團隊從產品性能和即時檢測可操作性兩大維度上不斷改進CRISPR診斷技術。產品性能的主要指標包括敏感度、特異性、定量化、檢測時間、多重化(通量)、和抗干擾性。即時檢測可操作性的主要指標則包括:是否需要復雜的儀器設備和冷鏈運輸、可攜帶性、簡易度、應用廣度,和特定診斷手段的開發速度等等。
8 現在讓我們重溫一下兩大門派從2015年到2018年期間在分子診斷領域走過的征程。追蹤溯源,2015年10月,張鋒團隊在Molecular Cell上發表了一篇論文。作者中有張鋒的兩名博士生Omar Abudayyeh和Jonathan Gootenberg——他們后來成為Sherlock公司的聯合創始人。這項研究想要回答的主要問題是:除了目前已發現的兩大類五種亞型的CRISPR-Cas系統,還能不能找到新的Cas蛋白或家族?盡管不同系統中的干擾模塊中的Cas蛋白差別較大,但采集模塊中基本都離不了Cas1和Cas2。他們的思路就是用Cas1的基因去基因庫里“釣魚”,看看能“釣”出什么。
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“釣魚“是在基因庫里找cas1基因,再把與cas1相聯的基因也一起拽出來。這些基因有可能包括新的CRISPR-Cas系統。經過多輪篩選、驗證后,張鋒團隊發現了三個新的二類系統(效應蛋白為單一蛋白):C2c1,
C2c2,
和C2c3。其中C2c2蛋白后來被重新命名為Cas13a。誰也沒有想到,C2c2/Cas13a成為了推動CRISPR診斷技術發展的第一塊多米諾骨牌。
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10 在發表于2016年6月的Science論文中,張鋒團隊又進一步闡述了C2c2/Cas13a的功能和機理。和Cas9類似,C2c2也是單一的效應/干擾蛋白。與Cas9不同的是,C2c2不需要tracrRNA
(trans-activating CRISPR RNA), 而只需要crRNA
的指導。C2c2-crRNA的靶分子也不是DNA,而是入侵病原的單鏈RNA。最重要的一點是,C2c2-crRNA一旦找到并結合匹配的RNA后,進入激活狀態,除了剪切靶RNA外,還大開殺戒,碰到任何單鏈RNA都可非特異性地將其剪切、降解。但這篇論文并沒有把C2c2的特性和診斷技術聯系起來。文章的第一、第二作者分別是Abudayyeh和Gootenberg,前文提到的Sherlock
Biosciences的聯合創始人。
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11 首次將C2c2和分子診斷技術聯系起來的是Doudna團隊。2016年9月,在Nature發表的一篇論文中,Doudna實驗室比較、研究了更多版本的C2c2。這些不同的版本來自于不同的菌類。張鋒團隊在3個月前的Science論文中主要使用的是LshC2c2,而Doudna團隊的主要研究對象則是LbuC2c2。
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12 他們驗證了張鋒團隊的結論:C2c2具有特異性地剪切靶RNA和激活后非特異性地降解其它RNA的功能。他們還發現, C2c2也有將pre-crRNA加工成crRNA的功能。也就是說,C2c2具有雙重RNA酶活性。
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