CRISPR/Cas:可应用于病毒检测和抗病毒治疗的前沿技术（英文）

近年来,病毒感染疫情频发,凸显了高效便利的病毒检测技术以及抗病毒药物研制的迫切性。基于成簇的规则间隔短回文重复序列（CRISPR）和CRISPR相关蛋白（Cas）的工程系统在靶向和切割核酸方面具有较高的特异性和效率,是目前使用最为广泛的基因编辑工具。该系统目前也广泛应用于病毒学研究和相关医疗实践。本文重点介绍了Cas9、Cas12和Cas13这三种最常用的CRISPR/Cas系统在病毒检测和抗病毒治疗中的应用。在病毒检测方面,Cas9通过与荧光传感器、电化学传感器和侧流层析试纸等生物传感器相结合,提高了生物传感器检测的灵敏度和准确性。Cas12和Cas13则基于其反式切割活性,目前已经开发了多种技术来检测DNA和RNA病毒,如SHERLOCK和DETECTER。在抗病毒治疗方面,Cas9已被用于靶向切割病毒DNA,从而抑制病毒的复制,其靶标包括DNA病毒的基因组和逆转录病毒的中间产物DNA;而Cas13则被用于靶向病毒RNA,其靶标包括RNA病毒的基因组和病毒mRNA。尽管CRISPR/Cas系统在灵敏度、效率和便利度等方面具有多种优势,但在一些方面仍不可避免地存在局限性,如脱靶效应、...     

无细胞合成生物学：革新生物医药产业的新策略

无细胞合成生物系统,能够在体外完成生命转录翻译过程,因体系灵活开放、便于控制、表达周期短、高耐受性等特点,可表达细胞系统难以表达的蛋白质。随着无细胞生物传感和体系冻干技术的不断发展,其在医药健康领域的应用不断拓展。本文综述了无细胞合成生物学在按需生物医药合成和便携式医疗检测等医药健康领域的研究进展,该体系的进一步发展有潜力实现更复杂后修饰蛋白质药物的合成、可丰富无细胞生物传感器类型并提高其灵敏性。无细胞合成生物学作为新兴工程策略,未来必将更好地应用于高通量医药蛋白质筛选、新型病原体的检测等医药健康领域。     

基于CRISPR/Cas系统的核酸生物传感器

近年来,CRISPR/Cas系统已经成为转录调控和基因组编辑的重要工具。除了在基因编辑领域的贡献,CRISPR/Cas系统独特的靶核酸顺式切割和非特异性单链核酸反式切割能力,在开发核酸检测的新型生物传感器方面展现出巨大潜力。构建基于CRISPR/Cas系统高灵敏度生物传感器的关键通常依赖其与不同信号扩增策略,诸如核酸扩增技术或特定信号转导方法的结合。基于此,本文旨在通过介绍不同类型的CRISPR/Cas系统,全面概述基于该系统的核酸检测生物传感器的研究进展,并重点对结合核酸扩增技术（PCR、LAMP、RCA、RPA和EXPAR）、灵敏的信号转导方法（电化学和表面增强拉曼光谱）和特殊结构设计生物传感的三大类型信号放大策略的CRISPR/Cas生物传感器进行总结和评论。最后,本文对目前的挑战以及未来的前景进行展望。     

基于CRISPR/Cas9技术的高通量筛选平台:发掘病毒复制相关宿主分子的新途径

病毒作为严格的细胞内寄生生物,需要多种宿主蛋白辅助其完成生命周期。寻找与病毒复制相关的宿主因子并揭示其作用机制,将有助于阐明病毒的感染机制,为疫病的防治提供新靶标。与RNA干扰技术相比,近年来兴起的CRISPR/Cas9技术能更特异、高效、准确地实现基因组编辑,因而在功能基因研究中得到更广泛应用。而基于CRISPR/Cas9系统的宿主全基因组sgRNA文库高通量筛选技术平台,可快速发现参与病毒侵入、复制等生物学过程的关键宿主因子,通过明确病毒-宿主分子相互作用进而揭示病毒的生命周期,为分子病毒学和免疫学提供了强大的研究工具。本文主要总结了基于CRISPR/Cas9技术的高通量筛选平台的具体筛选流程,归纳和讨论了该平台在筛选调控病毒复制相关宿主因子中的应用现状和发展前景。     

计算生物学分析在基因组编辑研究中的应用

基因组编辑是对基因组遗传信息进行定向改造的技术,其中CRISPR/Cas系统是目前应用最广泛的基因组编辑新技术。将先进的高通量测序以及相关计算生物分析应用于基因编辑研究,可进一步优化基因编辑效率和精度等检测流程,实现对全基因组功能基因筛选的监测。同时,利用基于生物信息及机器学习和深度学习等新方法,可对向导RNA(gRNA)的高效设计和实现对编辑效果的预测。本文将对计算生物学分析在CRISPR/Cas基因编辑系统的应用及研究进展等进行概述。     

食源性致病细菌适配体生物传感器研究进展

食品安全是如今大众关注的焦点,而食源性致病细菌是导致食品安全问题事件频发的主要原因之一,因此需要开发一种快速灵敏便宜的检测方法,对食源性致病细菌进行监督检测。适配体是在体外基于SELEX技术,从单链寡核苷酸随机文库中筛选出的对靶标具有高亲和性、特异性的寡核苷酸(DNA或RNA)片段。由于食源性致病细菌的表面结构物质复杂,基于SELEX技术的适配体筛选方式被不断改良。本文介绍了几种SELEX改良技术,同时对适配体结合力的十种表征方法进行了比较,并对几种常见食源性致病细菌重要的(DNA、RNA、劈裂)适配体进行总结。由于适配体具有众多优于抗体的特性,用于食源性致病细菌检测的适配体生物传感器得到快速发展,其中电化学传感器及光学传感器应用最为广泛。对食源性致病细菌的光学适配体传感器与电化学适配体传感器的最新研究进展进行重点综述,并提出了未来适配体传感器的发展趋势,旨在为微生物检测技术开拓新领域,指引新方向。     

基于CRISPR/Cas生物传感原理的病原菌检测技术研究进展*

病原菌的快速准确检测是实现疫情高效防控、疾病精准治疗、污染环境及时处置的关键。而现有的病原菌现场快速检测技术,主要以定性分析为主,假阳性/假阴性受到诟病,检测准确性仍有待提升,亟待发展基于新原理、新方法的病原菌快速检测技术。基于CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)的生物传感技术因具有高灵活性(对不同的基因靶点只需改变crRNA序列)、高特异性(单碱基分辨)、高灵敏(优于10^-18 mol/L浓度)、可编程、可模块化、低成本、可在各种体外介质中高效稳定运行等独特优势,打破了传统分子诊断与检测技术的局限性,正在成为下一代病原菌检测技术的引领者。在该技术中,Cas效应蛋白被用作高特异性的序列识别元件,结合不同的生物传感机制,即可用于病原菌的高特异性快速灵敏检测。在总结CRISPR/Cas生物传感技术原理的基础上,综述了用于病原菌检测的CRISPR/Cas12和CRISPR/Cas13生物传感技术研究进展。通过阐述CRISPR/Cas生物传感技术在实际应用中面临的挑战,展望其未来的发展前景。     

CRISPR-Cas生物传感器研究进展

成簇规律间隔短回文序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)系统是广泛存在于细菌中的一种特有的免疫防御机制,与特殊的Cas蛋白结合后能够有效的对外源的核酸分子进行特异性片段化,并进一步促进其降解。CRISPR-Cas系统具有独特的靶向性,为开发针对于核酸为底物的生物传感器提供了新的概念。越来越多的研究人员根据不同Cas蛋白的性质,建立了独特的逻辑系统对靶标物质进行准确识别,基于CRISPR技术的生物传感器也开拓了该技术在基因编辑以外领域的应用。介绍了CRISPR-Cas系统的起源、作用机制和科学分类,根据生物传感器的作用方式以及识别底物进行了分类,并对基于CRISPR-Cas系统的高效生物传感器的应用前景进行了展望。     

基于CRISPR/Cas9系统高通量筛选研究功能基因

利用功能缺失型(Loss-of-function)或者功能获得型(Gain-of-function) 策略高通量筛选功能基因,是研究人员快速寻找调控特定表型的重要或关键基因的主要方法。RNA干扰(RNA interference,RNAi)的遗传筛选方法因操作简单、成本相对较低等优势,尽管已经得到了广泛的应用,然而其抑制效果不完全、脱靶效应明显等劣势依然存在。近年来兴起的CRISPR/Cas9 (Clustered regularly interspaced short palindromic repeat sequences/ CRISPR-associated protein 9)技术能快速、简便、准确地实现基因组敲除等编辑功能,因而成为一种强大的遗传筛选工具;在各种细胞系、人和小鼠及斑马鱼等多种模式动物中,大规模运用该方法筛选功能基因已经取得了巨大成功。本文总结了CRISPR/Cas9技术的特点,将其与传统基因工程方法进行了分析比较,回顾了近期相关的高通量功能基因筛选工作,最后探讨了该技术未来的发展趋势。     

细菌表面展示技术研究新进展

细菌表面展示是将靶标蛋白质表达于细菌表面以更好地实现其功能的一种技术,它在重组细菌疫苗、生物燃料电池、全细胞催化剂和生物修复等多个领域均有广泛的应用.随着相关技术的发展,表面展示系统的各种性能被不断地改良,同时新的表面展示系统也陆续被开发和应用,使该技术得到持续的丰富和发展.本文重点关注近年研究得较多的细菌表面展示系统,主要对各类细菌表面展示系统的开发、改造和修饰,以及该技术在生物修复和生物传感器方面的应用作一综述.     

基于CRISPR/Cas的分子诊断传感器在非核酸分子诊断中的应用

CRISPR/Cas不仅是一种重要的基因编辑工具,而且还是一种有效的分子诊断工具。目前基于CRISPR/Cas建立了一系列的分子诊断传感器系统,广泛应用于核酸、非核酸等检测过程中。与应用较广泛的核酸分子诊断传感器系统相比,基于CRISPR/Cas的非核酸检测系统目前尚未见系统性综述,因此本文围绕基于CRISPR/Cas12和CRISPR/Cas13建立的两大类非核酸分子传感器诊断系统的基本特征、工作流程及其检测原理等进行了全面综述,期望能为CRISPR/Cas分子诊断系统在体外诊断中的应用提供依据。     

基于CRISPR/Cas系统的多重基因编辑与调控技术

规律成簇的间隔短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR)及其相关Cas蛋白所构建的CRISPR/Cas系统是古细菌或细菌中特有的一种获得性免疫系统。研究人员将其开发成基因编辑工具之后,凭借其高效、精准和通用性强等优点迅速成为合成生物学领域的热门研究方向,在生命科学、生物工程技术、食品科学及农作物育种等多个领域引发了革命性的影响。目前基于CRISPR/Cas系统单基因编辑与调控技术日益完善,但在多重基因编辑和调控方面仍存在挑战。本文聚焦基于CRISPR/Cas系统的多重基因编辑与调控技术开发及应用,针对单个细胞内实现多位点基因编辑或调控和细胞群体内实现多位点基因编辑或调控技术,依据作用原理对其进行了系统总结和阐述,包括基于CRISPR/Cas系统的双链断裂、单链断裂以及多重基因调控技术等。这些工作丰富了多重基因编辑与调控的工具,为CRISPR/Cas系统在多领域的应用作出了贡献。     

基于CRISPR/Cas系统的病原微生物检测体系构建研究进展

规律成簇间隔短回文重复序列及其相关蛋白(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein,CRISPR/Cas)自发现以来,其应用范围在不断拓宽。除在基因编辑方面出色的应用能力外,近年来Cas12、Cas13等蛋白反式切割活性的发现,使其在病原微生物快速检测方面也显现出巨大的应用潜力。基于CRISPR/Cas系统建立的病原微生物检测技术具有灵敏度高、特异性强、操作简单等特点,通过设计不同靶向的引导RNA能够对不同的目标进行快速检测,是一种极具应用潜力的检测技术。本文对基于CRISPR/Cas开发的部分代表性病原微生物检测技术类型进行总结。由于引导RNA在CRISPR/Cas系统中具有重要作用,但目前鲜见相关总结文章,本文对部分Cas蛋白引导RNA特点以及特异性靶标的获取也进行了重点阐述,以期为开发基于CRISPR/Cas系统新型病原微生物检测技术提供参考和依据。     

CRISPR/Cas9高通量筛选技术与肿瘤治疗

成簇规律间隔短回文重复(clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR),是细菌或古菌在与噬菌体长期生存进化获得的一种免疫系统. 根据Cas蛋白(CRISPR-associated protein)的不同,CRISPR系统可分为3种. 其中II型CRISPR/Cas9已被改造成为一种有效的基因编辑工具,并运用于多种物种基因的改造. 作为1种基因编辑的手段,CRISPR/Cas9技术通过诱导DNA双链断裂损伤,进一步干扰基因的表达. 与传统的基因编辑技术相比,CRISPR/Cas9技术显示出效率高、成本低和易操作等特点. 与此同时,二代测序技术的发展促进全基因组的解析. CRISPR技术结合高通量二代测序手段的使用,在肿瘤的治疗领域中已发挥出了独特的优势. 本文就近年来CRISPR/Cas9高通量筛选技术的发展,及其在肿瘤治疗过程中的应用进行综述.     

Optimized paired‐sgRNA/Cas9 cloning and expression cassette triggers high‐efficiency multiplex genome editing in kiwifruit

Kiwifruit is an important fruit crop; however, technologies for its functional genomic and molecular improvement are limited. The clustered regulatory interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/CRISPR‐associated protein (Cas) system has been successfully applied to genetic improvement in many crops, but its editing capability is variable depending on the different combinations of the synthetic guide RNA (sgRNA) and Cas9 protein expression devices. Optimizing conditions for its use within a particular species is therefore needed to achieve highly efficient genome editing. In this study, we developed a new cloning strategy for generating paired‐sgRNA/Cas9 vectors containing four sgRNAs targeting the kiwifruit phytoene desaturase gene (AcPDS). Comparing to the previous method of paired‐sgRNA cloning, our strategy only requires the synthesis of two gRNA‐containing primers which largely reduces the cost. We further compared efficiencies of paired‐sgRNA/Cas9 vectors containing different sgRNA expression devices, including both the polycistronic tRNA‐sgRNA cassette (PTG) and the traditional CRISPR expression cassette. We found the mutagenesis frequency of the PTG/Cas9 system was 10‐fold higher than that of the CRISPR/Cas9 system, coinciding with the relative expressions of sgRNAs in two different expression cassettes. In particular, we identified large chromosomal fragment deletions induced by the paired‐sgRNAs of the PTG/Cas9 system. Finally, as expected, we found both systems can successfully induce the albino phenotype of kiwifruit plantlets regenerated from the G418‐resistance callus lines. We conclude that the PTG/Cas9 system is a more powerful system than the traditional CRISPR/Cas9 system for kiwifruit genome editing, which provides valuable clues for optimizing CRISPR/Cas9 editing system in other plants.