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Nature子刊:开发出可在几分钟内检测基因突变的CRISPR芯片

发布日期:2021-09-13 07:52浏览次数:
本文摘要:在新的研究中,美国加利福尼亚大学伯克利分校学院联盟肯克研究所的研究人员将CRISPR和石墨烯形成的电子晶体管融合,构建了几分钟就能检测出特定基因变异的新手机接入设备。这种被称为CRISPR-Chip(CRISPR芯片)的装置可以用作缓慢的临床遗传疾病,也可以评价基因编辑技术的正确性。他们使用这个装置,检查了来自杜兴氏肌(DMD )患者的DNA样品中的基因变异。

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在新的研究中,美国加利福尼亚大学伯克利分校学院联盟肯克研究所的研究人员将CRISPR和石墨烯形成的电子晶体管融合,构建了几分钟就能检测出特定基因变异的新手机接入设备。这种被称为CRISPR-Chip(CRISPR芯片)的装置可以用作缓慢的临床遗传疾病,也可以评价基因编辑技术的正确性。他们使用这个装置,检查了来自杜兴氏肌(DMD )患者的DNA样品中的基因变异。相关研究结果将于2019年3月25日在NatureBiomedicalEngineering杂志上发表,论文标题为“detectionofunamplifiedtargetgenesviacrisprca S9 immobilizer 论文通信作者克莱蒙斯学院联盟凯克研究所的助理教授KianaAran说:“我们开发了第一个利用CRISPR在基因组中搜索潜在变异的晶体管。

只要把纯化的DNA样品放在这个芯片上,在CRISPR上展开这个搜索,这个石墨烯晶体管就可以在几分钟内报告搜索结果。”医生和遗传学家现在可以展开DNA的测序,确认引起一系列性状和疾病的基因变异。另外,像23andMe和AncestryDNA这样的奇怪的消费者也可以接受这样的测试。但是,与作为多种形式的基因检查的最近开发的基于CRISPR的临床技术不同,CRISPR-Chip为了检测用于纳米电子技术的DNA样本中的基因变异,使用了被称为(PCR )的时间和设备密集型过程这意味着为了在医生的办公室和野外工作环境中开展基因检查,有必要把样品送到实验室。

跨越瓶颈的CRISPR-Cas9系统以将DNA链束缚在正确位置的能力而闻名,像锋利的剪刀一样,向人们提供了前所未有的基因编辑功能。但是,为了正确切断Cas9蛋白并粘贴基因,首先需要在必须切断的DNA中寻找明确的部位。

Cas9为了寻找基因组上的特定方位,科学家们必须首先在其上面具备“一行RNA(gRNA )”。其中gRNA是部分RNA,其碱基有感兴趣的DNA序列和秩序。蛋白Cas9首先找到双链DNA展开扫描后,寻找符合gRNA的序列,然后融合。为了利用CRISPR的基因靶向能力,这些研究者使用了失活的Cas9蛋白:需要在DNA上寻找特定的部位,但不切断。

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他们把它连接到用石墨烯制成的晶体管上。CRISPR物在目标DNA上寻找目标位置时,融合启动后石墨烯的电导率发生变化,该晶体管的电特性发生变化。这些变化可以用他们的产业合作者开发的手机驱动器来检查。

石墨烯包含在单一原子的碳层中,具有这样优良的电敏感性,因此需要只检测基因组样品中给定的DNA序列,需要展开PCR扩展。艾伦说:“需要以石墨烯非常高的灵敏度检测CRISPR的DNA搜索活性。

CRISPR带来选择性,石墨烯晶体管带来灵敏度,需要把它们融合起来展开需要PCR扩展的检测。”Aran期待着医生们为了能马上导入多个gRNA,在几分钟内同时检测出基因变异,有必要使这样的装置迅速具有多重性。

在缓慢的临床中,为了证实CRISPR-Chip的灵敏度,这些研究者使用该装置从杜兴氏肌营养不良患者身上检测了样品中的两种罕见的基因变异。论文的共同作者美国加利福尼亚大学伯克利分校的生物工程教授IrinaConboy说,CRISPR-Chip可能是特别简单的DMD筛选设备。

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这是因为这种相当严重的肌肉衰退疾病可能是由于外用肌肉萎缩蛋白(dystrophin )编码基因的重新产生引起的大量变异。Conboy表示,“作为现在罕见的做法,患有DMD的男孩拒绝检查,直到我们经常出现问题,然后展开基因验证。“Conboy说:“通过使用这个数字设备,可以在外用肌萎缩蛋白编码基因整体上设计gRNA。

然后需要在几个小时内检查这个基因的整个序列。可以筛选父母和新生儿是否有外用肌萎缩蛋白的变异。而且,如果发现变异,化疗有可能在疾病实际发生前尽快开始。”。

Murthy说,缓慢的基因检查也可能有助于医生为患者制定个性化的化疗计划。例如,有些人遗传变异对廉价的血液稀释剂(如Plavix )有反应。Murthy说:“如果搭载某种变异或DNA序列,就能非常正确地预测你对某种药物的反应。


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