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《科学》:CRISPR竟然还有新功能!MIT科学家开发CRI

时间:2019-11-08 15:10:03点击: 225 次

克里斯普现在有什么不能做的吗?

这是最近发表在《自然》杂志上的一篇评论的第一句话,也是我现在的心情。

我们知道crispr是一个(超级)易用的基因编辑工具。除了修补基因序列和帮助治疗疾病之外,crispr还可以跟踪动物的发育过程,快速检测和诊断疾病,改善作物,控制蚊子,预防疟疾。现在克里斯普已经涉足了一个新领域。

智能生物材料!

来源| pixabay

这种新型智能材料由水凝胶、单链dna和crispr-cas12a组成。当遇到目标脱氧核糖核酸序列时,cas酶会切断材料中的脱氧核糖核酸并改变凝胶的特性,例如形状和硬度的变化,或者电导率和酸碱度的变化。

这种材料可以做的事情太多了~它可以作为靶向肿瘤dna释放药物的载体,还可以与其他病原体检测平台结合使用。研究人员还开发了“保险丝”的用法。可以说,只有你能想到做不到~是麻省理工学院的詹姆斯·科林斯团队开发了这种脑腔产品,该论文发表在《科学[1》上。

它甚至可以用来包装细胞。

能够应对外部环境变化的材料并不少见。当我们上学时,我们应该从物理教科书中了解光敏开关的原理。除了光之外,声音、温度、电磁场和ph值都是被广泛使用的可变材料响应元件。

如果应用仅限于生物和医学领域,显然这些响应元素不是最佳解决方案。什么是对生物体更敏感和更特异的标记?大分子,蛋白质,dna!

Dna是科学家非常关心的原材料。Dna本身具有高度特异性,可以使材料的变化更有针对性。同时,dna也可以作为凝胶的一部分,与各种聚合物交联,生成有用的材料。

要改变这种dna交联材料,我们必须采用一些外部方法,如dna置换,如酶促反应。简而言之,这些方法都严重依赖于“数量”。问题出现了。为了确保整个系统快速灵敏,第一个目标的dna浓度不能太低。恐怕整个系统必须为第二个目标序列重新设计。

实用emmm……...

这就是依赖crispr的材料的智能所在。

Crispr-cas12a用于本研究。Cas12a在两个方面不同于我们最熟悉的CA9。首先,cas12a对目标序列有不同的识别方法,这些方法需要更精确并且具有更低的错误率。其次,cas12a在识别和切割目标双链dna后,将随机切割附近的单链dna。

Cas12a也随机切割附近的单链dna

当在这种智能材料中使用时,材料中的cas12a在遇到目标dna时将开始切断单链dna,材料的原始特性将会改变。

Crispr不是一个严格的定量反应,它可以切割1到100。根据研究人员的计算数据,crispr-cas12a系统每秒可以工作1250次。

什么意思?只要外面有一个缺失的靶dna激活crispr-cas12a系统,它就可以开始勤奋工作。这相当于一个信号放大器,少量的脱氧核糖核酸可以获得可检测的物质变化。

此外,正如我们所知,crispr主要依靠一个引导rna来识别目标dna。通过替换不同的导向rna,这套智能材料可以在我们想要的任何地方使用。

它简单、方便、令人惊叹吗?

在论文中,研究者提出了四种可能的用途。

第一是成为承运人。

聚乙二醇(peg)被用作基质,当满足目标dna时,释放单链dna交联物质。

第二是包装。

聚丙烯酰胺(pa)被用作基质,目标dna的整个凝胶被裂解以释放内容物。有许多东西可以包在里面。小分子药物、细胞因子和其他生物大分子甚至细胞都是可能的。

第三是制造电气开关。

导电炭黑(cb)在材料中交联,通过切割单链dna改变材料的导电性。这是一个感应dna的保险丝。

第四是结合微流体装置来快速检测病毒。

这种材料被用作微流体器件种类的填料。它可以通过改变目标dna的渗透性来检测痕量的病毒dna。在实际使用中,灵敏度与其他基于crispr的检测技术基本相同。

可以检测到的病毒数量很少。

我觉得这种智能材料的应用远不止这些。你不认为通过考虑生物相容性和量化来对生理指标进行体内监测也是一个好主意吗?改变不同的cas酶,识别更多的生物大分子,可以得到更广泛的应用

的确想象力是第一科学生产力啊~你有没有什么脑洞、信息区可以分享?

编辑充满了抱怨。

科学非常有趣!

参考:

[1]http://science . science mag . org/content/365/6455/780/tab-article-info

[2]http://www . nature . com/articles/d 41586-019-02542-3

[3]http://science . science mag . org/content/365/6455/754

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