今年是 CRISPR-Cas9 基因编辑技术首次向世界展示的10周年。从那以后发生了很多事情，包括在许多领域的广泛推广，如基于 CRISPR 的治疗的开发以及还可用于开发高度准确且价格合理的诊断方法。 2012年 6月，加州大学伯克利分校、生物化学家 Jennifer Doudna 和微生物学家 Emmanuelle Charpentier 与同事一起在《科学》杂志上发表的一篇论文中，发现使用 CRISPR 技术和一种称为 Cas9 的引导酶可以实现靶向基因编辑的作用。 与此同时，Broad Institute的分子生物学家张锋和他的团队也在致力于开发 CRISPR-Cas9 基因编辑技术。虽然伯克利团队比张锋和同事早几个月申请了这项技术的专利，但在两个团队之间关于谁首先发明了这项技术的长期争论和专利纠纷仍在继续。 CRISPR是在细菌和古细菌中发现的 DNA 序列家族。先前感染的微生物源自称为噬菌体的以细菌为食的病毒片段，使用这些序列来检测和破坏新噬菌体病毒攻击的 DNA。在合适的引导酶（如 Cas9）的帮助下，可以利用这种细菌能力在许多不同的基因组中进行精确的基因编辑。 自最初发现以来，CRISPR 基因编辑技术的应用已在世界范围内爆炸式增长，尤其应用于临床内外、学术界和工业界。 Doudna 和 Charpentier 以及立陶宛 CRISPR 先驱 Virginijus Siksnys 因其发现而获得认可，并于 2018 年获得 Kavli 纳米科学奖，随后 Doudna 和 Charpentier 获得 2020 年诺贝尔化学奖。 除了Cas9不断扩大的用途，包括基因组编辑、基因治疗、表观遗传调制等，该技术本身也在不断发展。不再局限于仅作为引导的 Cas9 酶，许多其他酶也已被开发出来，现在正用于不同的目的。如分别于 2015 年和 2016 年发现，Cas12 能与 DNA 靶标强烈结合并保持，然后无差别地切割附近的单链 DNA。Cas13 也会类似地切割附近的单链 RNA 之前结合 RNA 靶标。 “当这些酶首次被发现时，这种附带的切割活性有点令人担忧。但事实证明，你可以将其用于诊断目的。”普林斯顿大学副教授兼小组组长 Cameron Myhrvold 告诉 Inside Precision Medicine。 这些新的 Cas 酶的发现确实促进了研究人员研究如何将 CRISPR 技术用于诊断，并且在过去几年中，几家生物技术公司已经成立，开始探索这种潜力。 COVID-19 进一步刺激了 CRISPR 在诊断中的使用。但是，一旦大流行正式结束，当前的消费者、投资者和行业的兴趣是否会以何种形式继续存在，还有待观察。 利用新的 Cas 酶的力量 最早探索 CRISPR 技术在诊断领域的应用的最有潜力的公司之一是 Mammoth Biosciences。该公司由 Doudna 和她的两名即将毕业的博士生 Janice Chen 和 Lucas Harrington 以及斯坦福大学的 Trevor Martin 于 2017 年成立，最初是为了探索如何将 Cas12 和 Cas13 用于诊断。 “创建 Mammoth 的许多基础工作都是在我的加州大学伯克利分校教授 Jennifer Doudna 和我的一位联合创始人 Lucas Harrington 以及我们在那里的同事的实验室中完成的，”现任首席技术官Janice Chan解释说，“一个真正出乎意料的发现是CRISPR不仅可以用于基因编辑，还可以用于基因检测。这是该领域的一个新机会，并为使用 CRISPR 进行分子检测开辟了机会。”
该公司使用 Cas12（以前称为 Cpf1）开发了一个名为 DNA 核酸内切酶靶向 CRISPR 反式报告基因 (DETECTR) 的平台。 CRISPR 核酸酶被编程为使用指导 RNA 在 DNA 中找到特定序列。当序列被发现时，Cas12 还会在反应中切割一条单链荧光报告序列，这表明目标病原体已被发现。 该系统在两种人乳头瘤病毒 (HPV) 亚型HPV16 和 HPV18 上进行了测试，并能够在一小时内区分它们。自 2017 年以来该公司已经多元化，也在开发治疗方法，但将 CRISPR 用于诊断仍然是关键领域。 “我们可以进行比目前可用的商业产品具有更高的多重性，”Mammoth 诊断产品管理副总裁 Adriana Dantas Lemberg 告诉 Inside Precision Medicine。“CRISPR 比现有的样品制备更清洁、更稳定且不易受到干扰。这在任何 PCR 反应都需要。所以，我认为这是我们将看到的最大优势。” CRISPR 诊断领域的第二大玩家是 Sherlock Biosciences。该公司成立于 2019 年，旨在将 Broad 研究所张锋教授及其同事的早期发现商业化，展示 CRISPR-Cas13（以前称为 C2c2）在检测 RNA 序列方面的潜力。 Jim Collins 是麻省理工学院的教授，也是哈佛大学威斯研究所的核心创始教员。他也是与张锋、David Walt等Sherlock 的联合创始人。
“我认为它可以追溯到 2016 年春天。我的团队开发了一种基于纸质的寨卡病毒诊断方法。我们展示了可以使用 CRISPR-Cas9 来区分不同的菌株，”Collins解释说。 “当那篇论文发表时，我在 MIT 和 Broad 的同事张锋伸出手，分享说他的团队正在研究一种不同的 CRISPR 酶 Cas13，并问我是否有兴趣与他的团队合作，使用这种酶来创造一种新的诊断平台。” 这标志着 Sherlock 的开始，以它的平台命名——Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKING (SHERLOCK)。与 DETECTR 类似，该平台通过靶RNA 序列切割和激活荧光报告序列来指示阳性结果。 与 Mammoth 不同，该公司一直专注于诊断，现在增加对零散护理点的关注，而不是基于实验室的测试，使产品更易于使用和更具成本效益。 “它在环境温度下等温工作，因此不需要热量，也不需要任何电力。该技术可以在不到一个小时的时间内从样本中检测到结果，”新任首席执行官 Bryan Dechairo 解释说，他去年从 Myriad Genetics 临床开发执行副总裁的职位上调到了公司。 在大流行开始之前，Sherlock 已经开始进行性传播疾病的感染诊断，特别是在衣原体和淋病领域。 “我们现在继续这些计划，并正在推进它们，特别是现在我们的产品真正满足了市场对速度、准确性和成本的需求，” Dechairo 说。 |
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