人類首次在國際空間站微重力環(huán)境中開展CRISPR診斷研究
在太空任務中監(jiān)測宇航員的健康狀況面臨諸多挑戰(zhàn)，其中包括快速評估乘員的健康狀況。靈敏的基因診斷對于檢查航天員和航天器環(huán)境至關重要。CRISPR-Cas12a與等溫擴增相結合，已被證明是一種有前途的生物傳感系統，可用于快速、現場檢測基因組目標。然而，基于CRISPR診斷的效率和靈敏度還從未在微重力環(huán)境中進行過測試。宇航員在國際空間站上首次測試了使用重組酶聚合酶擴增（RPA）結合Cas12a的附帶裂解活性進行基因診斷。宇航員探索了擴增和未擴增靶DNA的檢測靈敏度。通過將RPA與Cas12a結合，研究鑒定了渺摩爾級（attomolar）的靶標。進一步還評估了反應長期儲存后的穩(wěn)定性。結果表明，基于CRISPR的檢測是在微重力環(huán)境下進行現場基因診斷的有力工具，并可進一步用于長期的太空努力，以改善宇航員的健康和福祉。
研究亮點
1.基于CRISPR的基因診斷技術成功應用于微重力環(huán)境。
2.將Cas12a附帶活性與重組酶聚合酶擴增（RPA）相結合，可檢測到渺摩爾級（attomolar）濃度的DNA。
3.冷凍長期儲存后保持檢測穩(wěn)定性，因此可用于長期太空任務。
研究背景
基因診斷可加深對空間飛行任務期間環(huán)境條件的了解，并在宇航員的治療中發(fā)揮關鍵作用。如果沒有對不同樣本進行機載基因檢測的手段，只能在著陸后進行調查，這既不及時，也可能造成偏差。此外，機載基因診斷可有利于食品安全和可持續(xù)太空農業(yè)，特別是用于分析潛在的植物病原體和監(jiān)測微生物組的發(fā)展。
最近的幾項研究建立了飛行基因診斷方法。聚合酶鏈反應（PCR）和納米孔測序在國際空間站（ISS）上成功運行。使用16S測序進行細菌分析和拭子到測序儀實驗也已完成。
近年來，基于CRISPR-Cas的技術在基因診斷領域掀起了一場革命。這些系統包括CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）陣列和Cas（CRISPR相關）蛋白。CRISPR陣列被轉錄并加工成短向導RNA（gRNA）序列，與Cas蛋白結合并引導它們到達基因組靶點，然后以精確高效的方式裂解靶點。這種利用gRNA將DNA或RNA切割蛋白引導至特定基因組位點的能力使CRISPR-Cas系統成為一種多功能、強大的基因組編輯工具。這已在整個生命樹中得到證實，最近還在微重力環(huán)境中得到證實。
除了各種基因組編輯應用外，特定的Cas蛋白，如Cas12a和Cas13，還具有附帶功能：在靶標檢測和裂解后，這些蛋白分別不加區(qū)分地裂解單鏈DNA（ssDNA）或單鏈RNA（ssRNA）。利用這一功能開發(fā)了基于ssDNA探針的靈敏特異的DNA檢測測定DETECTR和利用Cas13感知RNA分子的SHERLOCK。DETECTR探針由連接熒光團和淬滅劑的短ssDNA序列組成。識別靶標后，Cas12裂解ssDNA探針，從淬滅劑中釋放熒光團，產生熒光信號（圖1a）。該技術已被FDA批準用于SARS-CoV2的檢測。
實時PCR（RT-PCR）被廣泛用于基因診斷，但它需要專業(yè)的設備和合格的人員。RT-PCR將擴增和熒光檢測結合在一起，而DETECTR和SHERLOCK則采用單獨的擴增步驟，然后進行檢測。PCR是DNA擴增的黃金標準方法，已被證明可與Cas12a基因鑒定檢測結合使用。然而，對于DNA的現場檢測，兩種等溫擴增方法是Cas12a的常規(guī)使用方法：(a)環(huán)介導等溫擴增（LAMP）和(b)重組酶聚合酶擴增（RPA）。
2022年4月8日，首次私人軌道太空飛行從卡納維拉爾角起飛前往國際空間站。以色列宇航員Eytan Stibbe參加了這次飛行，以完成 "Rakia "任務，其中包括數十項科學實驗。作為此次任務的一部分，宇航員測試了微重力環(huán)境下Cas12a和RPA擴增的附帶活性（圖1c）。我們以生命樹不同分支的三種生物為目標：大腸埃希氏菌、釀酒酵母和梭形芽孢桿菌。該研究結果表明，基于CRISPR的高精度基因診斷可以在微重力環(huán)境下進行。在太空中快速輕松地檢測遺傳物質的能力可作為未來太空旅行任務的寶貴工具。
研究結果：
編者注：該研究首次在外太空成功實現了CRISPR診斷測試，預示著不久將來該技術可能會走進千家萬戶，其次隨著未來太空移民，任何星球應該也能開展CRISPR診斷。
文獻來源：
Alon DM,Mittelman K,Stibbe E,Countryman S,Stodieck L,Doraisingam S,Leal Martin DM,Hamo ER,Pines G,Burstein D.CRISPR-based genetic diagnostics in microgravity.Biosens Bioelectron.2023 Jul 5;237:115479.doi:10.1016/j.bios.2023.115479.Online ahead of print.
研究亮點
1.基于CRISPR的基因診斷技術成功應用于微重力環(huán)境。
2.將Cas12a附帶活性與重組酶聚合酶擴增（RPA）相結合，可檢測到渺摩爾級（attomolar）濃度的DNA。
3.冷凍長期儲存后保持檢測穩(wěn)定性，因此可用于長期太空任務。
研究背景
基因診斷可加深對空間飛行任務期間環(huán)境條件的了解，并在宇航員的治療中發(fā)揮關鍵作用。如果沒有對不同樣本進行機載基因檢測的手段，只能在著陸后進行調查，這既不及時，也可能造成偏差。此外，機載基因診斷可有利于食品安全和可持續(xù)太空農業(yè)，特別是用于分析潛在的植物病原體和監(jiān)測微生物組的發(fā)展。
最近的幾項研究建立了飛行基因診斷方法。聚合酶鏈反應（PCR）和納米孔測序在國際空間站（ISS）上成功運行。使用16S測序進行細菌分析和拭子到測序儀實驗也已完成。
近年來，基于CRISPR-Cas的技術在基因診斷領域掀起了一場革命。這些系統包括CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）陣列和Cas（CRISPR相關）蛋白。CRISPR陣列被轉錄并加工成短向導RNA（gRNA）序列，與Cas蛋白結合并引導它們到達基因組靶點，然后以精確高效的方式裂解靶點。這種利用gRNA將DNA或RNA切割蛋白引導至特定基因組位點的能力使CRISPR-Cas系統成為一種多功能、強大的基因組編輯工具。這已在整個生命樹中得到證實，最近還在微重力環(huán)境中得到證實。
除了各種基因組編輯應用外，特定的Cas蛋白，如Cas12a和Cas13，還具有附帶功能：在靶標檢測和裂解后，這些蛋白分別不加區(qū)分地裂解單鏈DNA（ssDNA）或單鏈RNA（ssRNA）。利用這一功能開發(fā)了基于ssDNA探針的靈敏特異的DNA檢測測定DETECTR和利用Cas13感知RNA分子的SHERLOCK。DETECTR探針由連接熒光團和淬滅劑的短ssDNA序列組成。識別靶標后，Cas12裂解ssDNA探針，從淬滅劑中釋放熒光團，產生熒光信號（圖1a）。該技術已被FDA批準用于SARS-CoV2的檢測。
實時PCR（RT-PCR）被廣泛用于基因診斷，但它需要專業(yè)的設備和合格的人員。RT-PCR將擴增和熒光檢測結合在一起，而DETECTR和SHERLOCK則采用單獨的擴增步驟，然后進行檢測。PCR是DNA擴增的黃金標準方法，已被證明可與Cas12a基因鑒定檢測結合使用。然而，對于DNA的現場檢測，兩種等溫擴增方法是Cas12a的常規(guī)使用方法：(a)環(huán)介導等溫擴增（LAMP）和(b)重組酶聚合酶擴增（RPA）。
2022年4月8日，首次私人軌道太空飛行從卡納維拉爾角起飛前往國際空間站。以色列宇航員Eytan Stibbe參加了這次飛行，以完成 "Rakia "任務，其中包括數十項科學實驗。作為此次任務的一部分，宇航員測試了微重力環(huán)境下Cas12a和RPA擴增的附帶活性（圖1c）。我們以生命樹不同分支的三種生物為目標：大腸埃希氏菌、釀酒酵母和梭形芽孢桿菌。該研究結果表明，基于CRISPR的高精度基因診斷可以在微重力環(huán)境下進行。在太空中快速輕松地檢測遺傳物質的能力可作為未來太空旅行任務的寶貴工具。
研究結果：
編者注：該研究首次在外太空成功實現了CRISPR診斷測試，預示著不久將來該技術可能會走進千家萬戶，其次隨著未來太空移民，任何星球應該也能開展CRISPR診斷。
文獻來源：
Alon DM,Mittelman K,Stibbe E,Countryman S,Stodieck L,Doraisingam S,Leal Martin DM,Hamo ER,Pines G,Burstein D.CRISPR-based genetic diagnostics in microgravity.Biosens Bioelectron.2023 Jul 5;237:115479.doi:10.1016/j.bios.2023.115479.Online ahead of print.
