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快訊：科學家用CRISPR制造智能材料可以傳遞藥物
、感知生物信號

2019-08-26 15:33:00來源：《中國科學報》

還有什么是CRISPR不能做的嗎?科學家已經使用這種基因編輯工具制造了大量基因改造生物，同時還用它來追蹤動物發(fā)育

、檢測疾病以及控制害蟲

。...

還有什么是CRISPR不能做的嗎?科學家已經使用這種基因編輯工具制造了大量基因改造生物

，同時還用它來追蹤動物發(fā)育

、檢測疾病以及控制害蟲

。

如今

，他們又發(fā)現(xiàn)了這種基因編輯工具的另一個應用——使用CRISPR創(chuàng)建智能材料

，后者能夠根據(jù)指令改變自己的形狀

。

研究人員在日前出版的美國《科學》雜志上發(fā)表報告稱，這種可變形的材料能夠用來運送藥物

，并為幾乎所有的生物信號“站崗放哨”

。這項研究由劍橋市麻省理工學院生物工程師James Collins主持。

Collins的團隊研究的是由脫氧核糖核酸(DNA)鏈連接在一起的充滿水的高分子聚合物(被稱為DNA水凝膠)

。為了改變這些材料的性質

，Collins和他的團隊采用了一種形式的CRISPR，后者使用一種叫做Cas12a的DNA剪切酶

。(基因編輯器CRISPR-Cas9使用Cas9酶在需要的位置剪切DNA序列)

Cas12a酶可以被編程來識別一種特定的DNA序列

。這種酶會切斷其目標的DNA鏈，然后切斷附近的單鏈DNA

。

這一特性使得研究人員能夠構建一系列由CRISPR控制的水凝膠

，其中包含一個目標DNA序列以及單鏈DNA——當Cas12a識別出一個刺激物中的目標序列后，這些單鏈DNA就會斷裂

。

單個DNA鏈的斷裂觸發(fā)水凝膠改變形狀

，或者在某些情況下完全溶解，進而釋放有效載荷

。

例如

，作為一項治療的一部分，出于對刺激的響應

，研究小組創(chuàng)造的這些水凝膠可以釋放酶

、藥物甚至人類細胞。

Collins希望這種水凝膠能被用來創(chuàng)建智能的治療方法

，例如在腫瘤存在時釋放抗癌藥物

，或者在感染部位周圍釋放抗生素。

研究人員還將CRISPR控制的水凝膠集成到電子電路中

。

在一項嘗試中

，他們把水凝膠放入一個名為微流體室的小芯片狀的裝置中，這個裝置與一個電子電路相連

。當檢測到來自包括埃博拉病毒和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌等在內的病原體的遺傳物質時

，作為響應，該電路將會被關閉

。

研究團隊甚至利用水凝膠開發(fā)了一個診斷工具原型——當它在實驗室樣本中識別出埃博拉病毒的遺傳物質時便會發(fā)送無線電信號

。如果一名團隊成員在背包里攜帶了無線電探測器

，他只需簡單地走近這些樣本就能識別出其中的陽性樣本。

紐約州康奈爾大學伊薩卡分校生物工程師Dan Luo說

，CRISPR水凝膠是對其他響應性水凝膠的一次改進

，因為科學家可以很容易地確定是什么觸發(fā)了材料的變化。過去創(chuàng)造智能水凝膠時所使用的酶要么不能切割特定的DNA 序列

，要么只能切割少量特定的序列

，進而限制了它們的適應性。

“我們現(xiàn)在正處于CRISPR的時代

。”Collins說

，“它已經接管了生物學和生物技術。我們已經證明

，它現(xiàn)在可以進入材料和生物材料領域

。”

趙熙熙）

CRISPR又被稱為基因剪刀，是生物科學領域的游戲規(guī)則改變者

，這種突破性的技術通過Cas9酶發(fā)現(xiàn)

、切除并取代DNA的特定部分。這種技術的影響極其深遠

，從改變老鼠皮毛的顏色到設計不傳播瘧疾的蚊子和抗蟲害作物

，再到修正鐮狀細胞性貧血等各類遺傳疾病等等。該技術十分精準

、廉價

、易于使用，并且非常強大

。(

責任編輯：孫知兵

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