快訊：科學家用CRISPR制造智能材料 可以傳遞藥物、感知生物信號

還有什么是CRISPR不能做的嗎?科學家已經(jīng)使用這種基因編輯工具制造了大量基因改造生物，同時還用它來追蹤動物發(fā)育、檢測疾病以及控制害蟲。

如今，他們又發(fā)現(xiàn)了這種基因編輯工具的另一個應(yīng)用——使用CRISPR創(chuàng)建智能材料，后者能夠根據(jù)指令改變自己的形狀。

研究人員在日前出版的美國《科學》雜志上發(fā)表報告稱，這種可變形的材料能夠用來運送藥物，并為幾乎所有的生物信號“站崗放哨”。這項研究由劍橋市麻省理工學院生物工程師James Collins主持。

Collins的團隊研究的是由脫氧核糖核酸(DNA)鏈連接在一起的充滿水的高分子聚合物(被稱為DNA水凝膠)。為了改變這些材料的性質(zhì)，Collins和他的團隊采用了一種形式的CRISPR，后者使用一種叫做Cas12a的DNA剪切酶。(基因編輯器CRISPR-Cas9使用Cas9酶在需要的位置剪切DNA序列)

Cas12a酶可以被編程來識別一種特定的DNA序列。這種酶會切斷其目標的DNA鏈，然后切斷附近的單鏈DNA。

這一特性使得研究人員能夠構(gòu)建一系列由CRISPR控制的水凝膠，其中包含一個目標DNA序列以及單鏈DNA——當Cas12a識別出一個刺激物中的目標序列后，這些單鏈DNA就會斷裂。

單個DNA鏈的斷裂觸發(fā)水凝膠改變形狀，或者在某些情況下完全溶解，進而釋放有效載荷。

例如，作為一項治療的一部分，出于對刺激的響應(yīng)，研究小組創(chuàng)造的這些水凝膠可以釋放酶、藥物甚至人類細胞。

Collins希望這種水凝膠能被用來創(chuàng)建智能的治療方法，例如在腫瘤存在時釋放抗癌藥物，或者在感染部位周圍釋放抗生素。

研究人員還將CRISPR控制的水凝膠集成到電子電路中。

在一項嘗試中，他們把水凝膠放入一個名為微流體室的小芯片狀的裝置中，這個裝置與一個電子電路相連。當檢測到來自包括埃博拉病毒和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌等在內(nèi)的病原體的遺傳物質(zhì)時，作為響應(yīng)，該電路將會被關(guān)閉。

研究團隊甚至利用水凝膠開發(fā)了一個診斷工具原型——當它在實驗室樣本中識別出埃博拉病毒的遺傳物質(zhì)時便會發(fā)送無線電信號。如果一名團隊成員在背包里攜帶了無線電探測器，他只需簡單地走近這些樣本就能識別出其中的陽性樣本。

紐約州康奈爾大學伊薩卡分校生物工程師Dan Luo說，CRISPR水凝膠是對其他響應(yīng)性水凝膠的一次改進，因為科學家可以很容易地確定是什么觸發(fā)了材料的變化。過去創(chuàng)造智能水凝膠時所使用的酶要么不能切割特定的DNA 序列，要么只能切割少量特定的序列，進而限制了它們的適應(yīng)性。

“我們現(xiàn)在正處于CRISPR的時代。”Collins說，“它已經(jīng)接管了生物學和生物技術(shù)。我們已經(jīng)證明，它現(xiàn)在可以進入材料和生物材料領(lǐng)域。”

趙熙熙）

CRISPR又被稱為基因剪刀，是生物科學領(lǐng)域的游戲規(guī)則改變者，這種突破性的技術(shù)通過Cas9酶發(fā)現(xiàn)、切除并取代DNA的特定部分。這種技術(shù)的影響極其深遠，從改變老鼠皮毛的顏色到設(shè)計不傳播瘧疾的蚊子和抗蟲害作物，再到修正鐮狀細胞性貧血等各類遺傳疾病等等。該技術(shù)十分精準、廉價、易于使用，并且非常強大。(