受微生物防御策略启发 研究人员构建新型基因诊断技术
本文转自：科技日报
科技日报记者 王祝华 实习生 曲怡臻
8月26日，记者从海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室获悉，该实验室微生物技术团队围绕微生物防御系统机制与生物传感技术开展了大量研究工作，在CRISPR/Cas14a1系统的性能机制与单碱基分辨诊断方面取得系列成果，并于近日发表在国际权威学术期刊《化学综述》《德国应用化学》上。
众所周知，细菌等微生物为了在大自然残酷的生存竞争中存活，经过数百万年漫长进化过程，已获得了独特的防御系统，包括从CRISPR-Cas系统，到成孔毒素蛋白，再到浮力控制气体泡，以保护自身免受入侵物种如噬菌体的攻击，或环境因子如光照、溶解氧等的影响。
由万逸研究员带领的南海海洋资源利用国家重点实验室微生物技术团队，借助计算机辅助设计、定向进化和蛋白质工程等新计算和生物工具，多年来持续深入研究，不仅发现微生物防御策略（MDS, microorganism defense systems）中的新机制，还通过应用参与细菌防御系统的新酶，改造了现有微生物防御系统。
“这是人类借鉴微生物防御系统智慧，从而构建生物传感器的新策略。”万逸介绍，此研究成果有助于开发新型且功能更强大的生物传感器，显著提高其检测的灵敏度和特异性，在特异性单碱基分辨或可视化核酸检测中发挥更好的作用。
万逸表示，理想的生物传感平台应包括三个特点，一是试剂和仪器成本低；二是从“进样本”到“出结果”耗时短，无需预扩增和信号放大；三是具有高灵敏度、准确度、精密度等特点。但是，在资源受限的环境中，这些特征很难同时满足。针对以上技术难点，万逸团队以CRISPR/Cas（即“成簇的规律间隔的短回文重复序列”）为攻关点进行系统研究。
此前，万逸曾联合清华大学李景虹院士共同研究出一种可以检测核糖核酸（RNA，即Ribonucleic Acid）单碱基突变的方法，解决了核酸检测单碱基突变分辨率不够灵敏的问题。RNA作为生物体重要的遗传物质，其单碱基突变与海洋微生物的致病力密切相关，对早期生物体内RNA碱基突变进行诊断至关重要。
该团队此次新发现的CRISPR/Cas14a1系统，恰好具有靶RNA激活引发反式切割ssDNA且不能顺式切割靶点RNA的功能。在此基础上，万逸带领团队利用靶RNA激活Cas14a1引发反式切割功能开发出了ATCas-RNA平台。万逸介绍，该平台对检测16sRNA基因序列相近的病原微生物具有良好鉴定能力，具有应用于病原微生物RNA诊断的潜力。