有什么是CRISPR做不到的吗?科学家们使用了基因编辑工具做很多转基因生物,以及追踪动物的发育检测疾病而且控制害虫.现在,他们发现了它的另一个应用:使用CRISPR创造智能材料,根据命令改变其形状。

研究人员报告说,这种形状变化的材料可以用来输送药物,并为几乎任何生物信号制造哨兵科学8月22日1.这项研究由剑桥麻省理工学院的生物工程师詹姆斯·柯林斯(James Collins)领导。

Collins的团队研究的是由DNA链连接在一起的充满水的聚合物,称为DNA水凝胶。为了改变这些材料的特性,Collins和他的团队转向了一种使用dna剪切酶Cas12a的CRISPR。(基因编辑器CRISPR-Cas9使用Cas9酶在所需点剪掉DNA序列。)Cas12a酶可以通过编程识别特定的DNA序列。这种酶切断它的目标DNA链,然后切断附近的DNA单链。

这一特性使研究人员能够构建一系列由crispr控制的水凝胶,其中包含一个目标DNA序列和单链DNA,当Cas12a识别刺激中的目标序列后,这些水凝胶就会分解。单个DNA链的断裂触发水凝胶改变形状,或在某些情况下,完全溶解,释放有效载荷(见“crispr控制的凝胶”)。

该团队创造了水凝胶程序,可以释放酶、药物甚至人类细胞——例如,作为治疗的一部分——以应对刺激。柯林斯希望这种凝胶可以用于制造智能疗法,例如,在肿瘤存在时释放抗癌药物,或在感染周围释放抗生素。

聪明的目标

研究人员还将crispr控制的水凝胶集成到电子电路中。在一种方法中,他们将水凝胶放入一个被称为微流体室的小型芯片状设备中,该设备与电子电路相连。当检测到包括埃博拉病毒和耐甲氧西林在内的病原体的遗传物质时,该电路关闭金黄色葡萄球菌(耐甲氧西林金黄色葡萄球菌)。该团队甚至利用水凝胶开发了一个诊断工具原型,当它识别出实验室样本中的埃博拉病毒遗传物质时,会发送无线信号。当一名团队成员在背包中携带无线探测器时,他们只需经过样本,就能识别出阳性样本。

纽约伊萨卡市康奈尔大学的生物工程师Dan Luo说,CRISPR水凝胶是对其他反应水凝胶的改进,因为科学家可以很容易地确定是什么引发了材料的变化。过去创造智能水凝胶的努力使用的酶要么不切割特定的DNA序列,要么只切割少量的特定序列,限制了它们的适应性。

“我们现在处于CRISPR时代,”柯林斯说。“它已经取代了生物学和生物技术。我们已经证明,它可以进入材料和生物材料。”

本文已获许可转载第一次出版2019年8月22日。