呂默默

大家都知道，春秋季是流感高發(fā)季，有些同學(xué)身體抵抗力較弱的話，就更容易被流感盯上。別急，近日刊登在《自然·通訊》雜志上的一篇研究論文向公眾揭示了一項(xiàng)國(guó)產(chǎn)新技術(shù)，利用這一技術(shù)，普通人在家就可以快速診斷流感——給自己和家人診斷所患是否是病毒性感冒以及其具體類型，再尋求準(zhǔn)確治療方案。而要想了解這一技術(shù)，還得從“分子診斷”說(shuō)起。

何為分子診斷？

分子診斷是檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)的重要組成部分，對(duì)疾病預(yù)防、診斷、治療和預(yù)后判斷提供重要信息。舉個(gè)例子，相信不少人都參加過(guò)無(wú)償獻(xiàn)血，當(dāng)采血車(chē)采集了血液之后，還要進(jìn)行后續(xù)的檢測(cè)，檢測(cè)血液中是否有艾滋病、乙肝、丙肝等病毒;媽媽們?cè)诋a(chǎn)檢的時(shí)候也要進(jìn)行篩查，為將來(lái)的孩子排除一些遺傳和基因突變引起的疾病，例如唐氏綜合征、血友病、耳聾基因檢測(cè)等。這些都離不開(kāi)分子診斷技術(shù)。

眾所周知，脫氧核糖核酸（簡(jiǎn)稱DNA）是傳遞遺傳物質(zhì)的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，與核糖核酸（簡(jiǎn)稱RNA）相似，是組成核酸家族的重要成員。分子診斷這項(xiàng)技術(shù)，正是通過(guò)對(duì)核酸分子快速準(zhǔn)確測(cè)定，從而測(cè)定各類疾病的患病風(fēng)險(xiǎn)、基因型和病因。一些早期腫瘤篩查的檢測(cè)、體檢項(xiàng)目，都屬于分子診斷的范疇。

代價(jià)不小的PCR檢測(cè)技術(shù)

分子診斷這個(gè)詞聽(tīng)起來(lái)很高端，但其實(shí)已經(jīng)走進(jìn)了人們的生活當(dāng)中。其中最為成熟、應(yīng)用最廣泛的分子診斷技術(shù)是聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)（簡(jiǎn)稱PCR技術(shù)），已用于各項(xiàng)醫(yī)學(xué)檢測(cè)（多種傳染性疾病及腫瘤診斷）以及法醫(yī)鑒定過(guò)程中。

以DNA的PCR技術(shù)舉例，這是一種在體外擴(kuò)增DNA分子的技術(shù)，是一個(gè)“復(fù)制、粘貼”的過(guò)程。用于這項(xiàng)技術(shù)的儀器就像一座工廠：“原料”進(jìn)入第一車(chē)間后，處理過(guò)程中被升溫到95℃：半成品進(jìn)入第二車(chē)間，溫度又被降到55°C后，加入一些“配料”：在第三車(chē)間，繼續(xù)變溫到72℃后處理，此時(shí)才完成DNA分子的一次擴(kuò)增，得到的產(chǎn)物需要重復(fù)數(shù)次以上的操作，才會(huì)得到最終“產(chǎn)品”。

現(xiàn)在的PCR技術(shù)已經(jīng)成熟，但檢測(cè)過(guò)程中的數(shù)次變溫受到儀器和場(chǎng)地的限制，不夠平民化，儀器引進(jìn)都是一筆不小的花費(fèi)，這是一種價(jià)格不菲的分子診斷技術(shù)，想實(shí)現(xiàn)家庭檢測(cè)，基本不太可能。

“基因魔剪”助力分子斷新技術(shù)

意識(shí)到PCR技術(shù)在操作中存在的缺陷，早在2015年年初，全球多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)就開(kāi)始將大部分精力和資金投入了一個(gè)叫“基因魔剪”的基因治療領(lǐng)域。這項(xiàng)新技術(shù)相對(duì)于PCR技術(shù)操作簡(jiǎn)便、靈敏度更高、抗干擾性更強(qiáng)。中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院副研究員周文華博士所在研究團(tuán)隊(duì)也意識(shí)到這項(xiàng)技術(shù)在分子診斷領(lǐng)域?qū)⒂胁诲e(cuò)的應(yīng)用前景。

什么是基因魔剪技術(shù)？我們?nèi)砸怨S來(lái)比喻。在車(chē)間中，一段與目標(biāo)物互補(bǔ)的向?qū)NA（sgRNA）分子和CRISPR（存在于細(xì)菌中的一種基因組，該類基因組中含有曾經(jīng)攻擊過(guò)該細(xì)菌的病毒基因片段，細(xì)菌透過(guò)這些基因片段來(lái)偵測(cè)并抵抗相同病毒的攻擊，并摧毀其DNA）的效應(yīng)蛋白Cas9結(jié)合，形成Cas9-sgRNA復(fù)合體后，復(fù)合體可在車(chē)間內(nèi)復(fù)雜條件下自主尋找目標(biāo)物，完成結(jié)合和切割的工作，得到想要的DNA片段。通俗來(lái)說(shuō)，就是先組裝一個(gè)“搜索器”，自動(dòng)去搜索目標(biāo)，然后進(jìn)行結(jié)合和切割，把目標(biāo)物收入囊中。

周文華博士團(tuán)隊(duì)利用基因魔剪CRISPR系統(tǒng)效應(yīng)蛋白在與靶核酸分子結(jié)合過(guò)程中獨(dú)特的構(gòu)象變化，高效啟動(dòng)針對(duì)靶核酸分子的指數(shù)倍擴(kuò)增，并將這一項(xiàng)新技術(shù)稱為“CRISDA技術(shù)”。

何為CRISDA技術(shù)？

如果說(shuō)PCR技術(shù)需要一座巨大的工廠，那么這支中國(guó)團(tuán)隊(duì)帶來(lái)的新技術(shù)——CRISDA技術(shù)需要的工廠規(guī)模要小得多。因?yàn)樵谶@座工廠中，基因魔剪系統(tǒng)中的Cas9蛋白就變身一個(gè)具有主動(dòng)搜索功能的“小組長(zhǎng)”，在找到具有某一疾病或某一特征相關(guān)的特定目標(biāo)DNA序列后，能高效開(kāi)啟這段目標(biāo)的指數(shù)倍“復(fù)制作業(yè)”。更重要的是，這項(xiàng)技術(shù)不需要數(shù)量眾多的變溫車(chē)間，“工人師傅”（擴(kuò)增DNA鏈過(guò)程中的合成物）也不需要在劇烈變化的溫度中工作，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程可在室溫至45℃的條件下高效進(jìn)行，對(duì)溫度要求極低。

利用基因魔剪系統(tǒng)中的Cas9-sgRNA復(fù)合體，即使在非常復(fù)雜的溶液環(huán)境下，也會(huì)主動(dòng)搜尋目標(biāo)物，通過(guò)反應(yīng)解鏈合算，形成單鏈。與PCR技術(shù)相同的是，引物會(huì)與被暴露的目標(biāo)核酸分子的單鏈拉起手來(lái)，然后進(jìn)入最后的車(chē)間，那里有代號(hào)為“擴(kuò)增酶類”的“工人師傅”，在它們的辛勤工作下，完成“復(fù)制、粘貼”的工作。

沒(méi)有了多次變溫的工作環(huán)境的限制，這項(xiàng)技術(shù)將比PCR技術(shù)更為親民。

CRISDA技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

時(shí)間成本低

目前研究團(tuán)隊(duì)已在90分鐘內(nèi)，對(duì)極微量復(fù)雜溶液樣品中的個(gè)位拷貝數(shù)的目標(biāo)成功實(shí)現(xiàn)了等溫?cái)U(kuò)增檢測(cè)，如人體基因組片段、乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)基因和轉(zhuǎn)基因大豆基因組等。而PCR技術(shù)至少需要4小時(shí)。

更為簡(jiǎn)單的檢測(cè)過(guò)程

CRlSDA技術(shù)并不需要對(duì)一些生產(chǎn)原料進(jìn)行預(yù)先處理，也不用對(duì)“工人師傅”進(jìn)行太多的培訓(xùn)，即刻就可以勝任檢測(cè)工作。而PCR技術(shù)則要復(fù)雜得多。

操作難度更低

PCR技術(shù)必須依賴相關(guān)的儀器才能進(jìn)行工作，但CRISDA技術(shù)則簡(jiǎn)單得多。現(xiàn)階段只要有間生物實(shí)驗(yàn)室，即可進(jìn)行相關(guān)的檢測(cè)。原因之一，便是操作對(duì)于溫度依賴度很低，并不需要數(shù)次變溫過(guò)程，這大大降低了操作程序和難度。技術(shù)成熟后，可能只需要把檢測(cè)系統(tǒng)安放在小盒子內(nèi)，在保證準(zhǔn)確性的同時(shí)，增加了便利性。

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)想在未來(lái)僅需要極少量的生物樣本，比如拿棉棒從口腔里刮一下，利用CRISDA的生物芯片，就能在家零門(mén)檻檢測(cè)所患的是普通感冒還是新型病毒性流感，而不用一次次地去到人滿為患的醫(yī)院。同時(shí)，CRISDA的生物芯片還會(huì)把實(shí)時(shí)診斷數(shù)據(jù)上傳到家庭所注冊(cè)的社康中心，家庭醫(yī)生將結(jié)合檢測(cè)結(jié)果和近期流行病風(fēng)險(xiǎn)變化情況，迅速給出最有效的治療方案。未來(lái)，我們生病了，在家直接就可以獲得診斷和治療。在家看病不再是一個(gè)奢望。

此外，基于CRISDA技術(shù)的分子診斷，還會(huì)在其他分子診斷領(lǐng)域大展身手，可廣泛用于檢測(cè)肝炎、性病、肺感染性疾病、優(yōu)生優(yōu)育、遺傳病基因、腫瘤等，為早期診斷、早期治療提供有效的幫助。CRISDA技術(shù)既是一項(xiàng)前沿新突破，也是一種非常親民的分子診斷技術(shù)，有著巨大的市場(chǎng)和應(yīng)用前景。