最近发现的蛋白质具有开发新的传染病检测方法的潜力

由理学士EmilyHenderson审核2023年1月4日称为CRISPR的遗传工具集的第一个中，最近发现的一种蛋白质被发现充当一种多用途的细菌自毁系统，能够降解单链RNA、单链DNA和双链DNA。凭借其针对多种类型遗传物质的能力，这一发现有可能开发出针对多种传染病(包括COVID-19、流感、埃博拉和寨卡病毒)的新型廉价且高度敏感的家庭诊断测试。致《自然》杂志一项新研究的作者。

研究小组使用一种称为冷冻电镜的高分辨率成像技术发现，当这种名为Cas12a2的蛋白质与来自一种潜在危险病毒(称为目标RNA)的遗传物质的特定序列结合时，Cas12a2的一侧会向外摆动揭示一个活性位点，类似于弹簧打开的弹簧刀。然后，活性位点开始不分青红皂白地切割它接触到的任何遗传物质。研究人员发现，通过对Cas12a2蛋白进行单一突变，活性位点只会降解单链DNA;这一特征在开发针对各种病毒的新诊断方法时特别有用。

基于这项技术的测试在理论上可以将检测病毒遗传物质的基于PCR的测试的最佳特性(高灵敏度、高精度和检测活动性感染的能力)与快速在家诊断测试的最佳特性结合起来(不需要专门的实验室设备，生产成本低廉)。它还很容易适应任何新的RNA病毒。

如果明天出现某种新病毒，你所要做的就是弄清楚它的基因组，然后在你的测试中改变引导RNA，你就可以对它进行测试。”

DavidTaylor，德克萨斯大学奥斯汀分校分子生物科学副教授，新研究的共同通讯作者

这样的诊断仍然需要单独的工作，并且可能涉及收集患者的唾液或鼻腔样本，然后与团队改良的Cas12a2蛋白混合，引导RNA的作用类似于识别特定病毒的面部照片，以及荧光探针设计用于在其单链DNA被切割时点亮。

CRISPR是一组自然存在于细菌中的工具的名称，但科学家们已经对其进行了改造以用于基因编辑。这是第一个被发现可以降解如此广泛的遗传物质的CRISPR蛋白。

“Cas12a2基本上抓住了DNA双螺旋结构的两端并将其弯曲得非常紧，”德克萨斯大学奥斯汀分校的博士后研究员、该论文的共同第一作者JackBravo说。“因此，中间的螺旋突然打开，然后这允许这个活性位点破坏变成单链的DNA片段。这就是Cas12a2与所有其他DNA靶向系统的不同之处。”

该论文的共同通讯作者是犹他州立大学的RyanJackson和共同第一作者ThomsonHallmark。其他共同作者是犹他州的BronsonNaegle和亥姆霍兹感染研究中心以及德国维尔茨堡大学的ChaseBeisel。

结构数据是使用德克萨斯大学奥斯汀分校绍尔结构生物学实验室的低温电子显微镜设备收集的。

Taylor、Bravo、Hallmark和Jackson是一项专利申请的发明人，该专利申请涉及对Cas12a2蛋白的修饰，使其能够仅切割单链DNA并用于诊断。UT奥斯汀技术商业化办公室正在管理知识产权并努力寻找可以帮助实现该技术潜力的行业合作伙伴。

这项工作部分得到了美国国立卫生研究院国家综合医学研究所、德国联邦颠覆性创新署、韦尔奇基金会以及小罗伯特·克莱伯格和海伦·克莱伯格基金会的支持。DavidTaylor是得克萨斯州癌症预防和研究所支持的CPRIT学者。

同一期《自然》杂志上的一篇配套论文描述了Cas12a2的生物学功能，而本新闻稿中描述的论文描述了蛋白质实现这些功能的机制。