Verktyg CRISPR behärskar tre nya tricks

CRISPR, gen redigering superhjälte, som blivit lite starkare. Sista veckan i Science publicerades tre studier där ledande laboratorier från hela världen presenteras de senaste tillskotten till denna teknik, konvertera redaktör gen detective virus eller intresserade av historiker som retells historia av cell-DNA. Som CRISPR, den nya tekniken fick roliga förkortningar: KAMERA, DETECTR, och SHERLOCK. En plötslig explosion av ansökningar av CRISPR visar tydligt att forskare har studerat, inte alla potentiella tillämpningar av denna teknik.

För att aktivera CRISPR till ett riktigt multiverktyg, forskare hade att trä nålen med: KAMERA, mobil-brännare, använder ringar av DNA för att läsa historien om celler, exempelvis för att lära sig om antibiotika eller gifter.

SHERLOCK, däremot, läggs till "offer" av RNA-molekyler som skär i närvaro av DNA-virus och cancer för att orsaka en positiv signal. Det yttrar sig i form av en blå linje på pappersremsa, som i graviditetstest.

"Allt detta visar på ett mycket kreativt sätt används av människor för att få arbeta på upptäckter inom området CRISPR och skapa dessa syntetiska vägar", säger Dr Dave vilde, ett protein som ingenjör vid University of California, Berkeley, som inte deltar i forskning.

Cellulära diktafonen

De Svarta lådorna från flygplanen är en värdefull resurs för utredarna när flyget går snett. Likaså forskare har länge hoppats på att uppfinna den cellulära time machine, som dokumenterar händelserna i livet för cell – dos strålning skurar droger, anfall av inre oro som leder till en försämring av hälsan hos den cell.

Vad kan vara bättre än att studera historia av celler i DNA?

Dr David Liu Harvard University drog nytta av möjligheten av CRISPR att noggrant skära DNA och utvecklade en "molekylär historikern" av namnet på KAMERAN (CRISPR-medierad analoga multi-event apparater för ljudinspelning).

Här är hur det fungerar. Till att börja med, forskare ändra guide CRISPR molekyl som "guide" - RNA i bakterieceller att brand endast efter utlösa dra: antag att mata in en antibiotika eller andra kemiska angrepp. Efter aktivering av guide RNA Cas9 utskrifter, sax CRISPR, i mål läge. Utan guide RNA kommer inte att skäras av.

I tillägg till de ändrade CRISPR system, laget gav också de celler två extra bit av DNA-kodad i cirkulära DNA som kallas plasmid. Typiskt, cellen uttrycker två plasmider med konstant hastighet. Men när aktiveras guide RNA, det (och Cas9) går för en av plasmider och äter henne, och lämnar de övriga orörd.

Därför, forskare kan lätt mäta förhållandet mellan de två plasmider. Med hjälp av detta system, kunde forskarna att lära sig om cellen utsätts för tetracyklin, en känd antibiotika.

Detta första system fungerade bara med bakterier. Liu och hans team utvecklat sedan ett andra tekniken i KAMERAN som använder en modifierad Cas9. Istället för att behöva klippa målgenen, dessa sax hitta en viss bokstav i DNA och ändra den till en annan.

Som tidigare, systemet aktiveras endast i svar på vissa signaler – föreningar, näringsämnen, ljus eller ens signalmolekyl celler, såsom de är associerade med cancer. Diktafonen inte bara registrerar närvaro av signalen; läsa andel av DNA-bokstäver som har ersatts, laget kan också bestämma dess varaktighet och styrka.

Till skillnad från cellulära inspelning av den tidigare generationen, systemet Liu mycket känsliga och kräver endast ett dussin celler för att skapa en stark signal. SCRIBE liknande brännare, som utvecklats av Dr Timothy Lu på MIT i 2014, krävs "för att" fler celler för att extrahera relativt svag signal.

Den KAMERAN har andra användbara funktioner. Verktyget kan, till exempel, att spela in flera signaler samtidigt. Data kan även raderas med hjälp av droger för att returnera-tal av plasmider till den ursprungliga nivån.

Lou imponerad. Ett nytt jobb, sade han, "mycket stor" och "viktig". Även om någon medicinsk användning kommer att kräva en lång resa, detta system kan hjälpa till att identifiera föroreningar eller för att övervaka specifika molekylära signaler som omvandlar stamceller till nervceller, muskler eller andra typer av celler.

Jägare virus

Två andra studier ägnas åt att omvandlingen av CRISPR i känsliga diagnostiska verktyg.

DETECTR tar fördel av mindre kända bror Cas9 – Cas12.

Som Cas9, Cas12 följ guiden RNA i målet och skär upp det. Men arbetet med sax inte stoppas. Grupp under ledning av Jennifer Duddy, en av uppfinnarna av CRISPR från University of California, Berkeley, upptäckte plötsligt att Cas12 förblir aktiv efter att ta bort målet – han börjar omgående att jaga för enkelsträngat DNA-molekyler, som försöker att förstöra dem.

Titta på detta nyfiken aktivitet, de bestämde sig för att lägga till neon molekylära signaler guide RNA att det lyste ljus grönt efter aktivering Cas12.

För att bevisa konceptet, forskare har uppfunnit ett mer guide RNAN som binder till olika stammar av humant papillomavirus (HPV), några av som orsakar livmoderhalscancer. Systemet DETECTR kunde isolera två särskilt farliga stam av HPV i en buljong av olika viralstammar.

"Detta protein som fungerar som ett tillförlitligt verktyg för att detektera DNA från olika källor," säger studiens författare Janice Chen. "Vi vill driva de gränser av teknik, som har potential att ansökan i dessa fall, där det är en del av DNA, bland annat cancer och infektionssjukdomar".

Den Omvända sidan? Glupskhet Cas12 kan begränsa dess användning för behandling av genetiska sjukdomar hos människor. Start Editas redan är licensierad Cas12 för ytterligare utveckling, och den nya arbeten kan stoppa hans ambitiösa planer.

ändå, dumpning Cas12 från konton är det fortfarande för tidigt. Samtidigt som människans DNA är utrullad till en enda dubbelsträngat DNA (och blir ett mål Cas12), detta enzym är främst förknippade med genomiskt DNA. Detta begränsar dess förmåga att jaga potentiella enkelsträngat offer, förklarar Dr. Chen Feng av Broad Institute, som skrev ett arbete om SHERLOCK.

SHERLOCK, baserat på ett system som utvecklades i och med 2017 – Specifika Hög Känslighet Reporter upplåsning – Cas13 använder som en skärande verktyg. På Cas13 också har en form av våld som han är nedsänkt efter förstörelsen av det ursprungliga målet.

I fall av SHERLOCK Zhang och hans kollegor lade till "offer" RNA-molekyler som avger en signal efter klyvning. I närvaro av virus-DNA eller-RNA, till exempel, Zeke, Ebola virus eller denguefeber – Cas13 biter viral mål-RNA och uppoffrande, befriande, men en positiv signal.

SHERLOCK 2.0, som beskrevs i Science förra veckan, 100 gånger känsligare än den ursprungliga, och kan identifiera upp till fyra olika mål samtidigt.

Det är också mycket praktiskt för användning i fält: alla reagenser är i en pappersremsa som är nedsänkt i provet. Om du får strip testet kom tillbaka positivt – inga dyra verktyg som inte längre behövs.

Som DETECTR, det gör SHERLOCK särskilt användbart vid utbrott. Den teknik som enkelt kan ändras för att spåra andra DNA-molekyler i blodet, exempelvis i samband med cancer eller åldrande av celler.

Tillsammans studier stöder en växande forskning trend av att studera CRISPR program utanför genterapi. I jämförelse med behandling baserad på CRISPR, som kräver många år av noggranna kontroller på säkerhet och effektivitet, dessa "alternativa" metoder du kan vara i forskning och diagnostik flödet mycket snabbare.

Även om nya tricks CRISPR kräva tester, experter är optimistiska.