新型手持式基因检测工具 CRISPR芯片,几分钟内检测到特定的基因突变

CRISPR-Cas9系统除了基因编辑，还有基因标靶的能力。近日，刊登于《Nature Biomedical Engineering》的一篇研究提及，将CRISPR与石墨烯制成的电子晶体管结合，制成一种新型手持式基因检测工具CRISPR芯片（CRISPR-Chip），它能够在几分钟内检测到特定的基因突变，未来可望应用于快速诊断遗传疾病及评估基因编辑的精准性。

为了利用CRISPR的基因标靶能力，该研究团队使用失活的Cas9蛋白，它能找到DNA的特定位置但不会切割它，并将其连接到由石墨烯制成的晶体管上。当CRISPR复合物在其标靶的DNA上找到斑点时，它与其结合并触发石墨烯的电导率的变化，进而反过来改变晶体管的电特性。

与众不同的是，该研究的CRISPR技术开发是利用纳米电子技术检测DNA样本基因突变，直接省去PCR流程（PCR-free/ Amplification-free），不再局限于实验室，同样可在其他环境下直接进行检测。例如，它能在医生办公室或野外工作环境中进行基因检测，而无需将样品送到实验室。美国克莱蒙特麦金纳学院（Claremont McKenna College）凯克研究所（KGI）的助理教授Kiana Aran谈到，石墨烯电晶体具有极高的灵敏度，与CRISPR技术合二为一，将纯化过的DNA样本放在芯片上，几分钟便可得知检测结果。

自基因检测蓬勃发展，成为临床医师及遗传学专家寻找致病基因突变的利器。该研究团队也通过杜氏肌肉萎缩症（Duchenne Muscular Dystrophy, DMD）突变基因位点进行检测证实其功效。

以DMD两种常见突变基因的检体样本进行CRISPR-Chip检测，在15分钟内芯片输出资讯的灵敏度为1.7 fM，其输出信号相较于没有基因标靶（gene targeting）序列的样本来的高。由于DMD是大量的肌肉营养不良蛋白基因突变引起，使用CRISPR-Chip可以节省PCR成本及上机时间，更能协助医师为患者规划个人化治疗和预防治疗，如个体抗药性基因筛检、遗传筛检。另外，该技术也可监测CRISPR与特定DNA序列结合与否，或是引导RNA（guide RNA, gRNA）设计的正确性。

该研究的共同作者加利福尼亚大学柏克莱分校（The University of California, Berkeley）生物工程学教授Niren Murthy表示，只需要从患者身上抽取检体，DNA样本纯化后与CRISPR-Chip结合随即检测DNA序列，是该技术最重要的优势，这将引领床边检测（bedside assay）趋势。

最后，他们希望持续优化并推出更多样化的CRISPR-Chip技术应用，未来设计出一次多种的引导RNA（gRNA）进行检测，达到短时间侦测多个基因突变的目标。