MIT科学家开发CRISPR智能凝胶材料，能够感应DNA改变特性

　　现在还有什么CRISPR不能做的吗？

　　这是近期《自然》杂志上刊发的一篇评论里开头的一句话，也是我现在的心情。

　　我们知道，CRISPR是一种（超）好用的基因编辑工具，除了给基因序列修修补补、帮助治疗疾病，它还能追踪动物的发育过程，快速检测和诊断疾病，改良农作物，控制蚊子防疟疾……如今，CRISPR又向一个新领域下手了。

　　智能生物材料！

图源 | pixabay

　　这种新型的智能材料由水凝胶、单链DNA和CRISPR-Cas12a组成。当遇到目标DNA序列，Cas酶就会切断材料内的DNA，使凝胶的特性发生变化——比如说形状、硬度的变化，又或者是导电性、酸碱性的变化。

　　那这个材料能干的事情就太多了~下可做载体靶向肿瘤DNA释放药物，上可联合其他平台做病原体检测，研究者还开发出了当“保险丝”的用法，可以说只有你想不到没有做不到~开发出这个大脑洞产品的是MIT的James Collins团队，论文发表在《科学》上[1]。

甚至可以用来包装细胞

　　能够响应外部环境变化的材料并不罕见，我们上学的时候就应该从物理课本上了解过光敏开关的原理。除了光之外，声、温度、电磁场、PH值都是已经广泛投入使用的可变材料响应元素。

　　如果把应用限制在生物、医疗领域，那么很显然，这些响应元素就不是最优解了。对生物体来说，更敏感更具体的标志物是啥？大分子啊，蛋白啊，DNA啊！

　　DNA是科学家们很关注的原材料。DNA本身是高特异性的，能让材料的变化更有针对性；同时，DNA也能够作为凝胶的一部分，与各种高聚物交联生成能够使用的材料。

　　让这种DNA交联材料产生变化，就得通过一些外部方法，比如说DNA置换，比如说酶促反应，总之都是一些很依靠“量”的手段。问题来了，想保证整个儿系统快速敏感，那第一靶向的DNA浓度不能太低，第二换个靶向序列整个儿系统恐怕都得重新设计。

　　实用性Emmmm……

　　这个依赖CRISPR的材料智能之处就在这里了。

　　这项研究中使用到的是CRISPR-Cas12a。Cas12a和我们最熟悉的Cas9有两点不同。一，Cas12a对靶向序列的识别方法不一样，要更精准、错误率更低；二，Cas12a在识别、切割所靶向的双链DNA之后，还会随机切割附近的单链DNA。

Cas12a还会随机切割附近的单链DNA

　　用在这个智能材料里呢，当遇到靶DNA，材料中的Cas12a就会开始工作把单链DNA切断，材料原本的特性就变化啦！

　　CRISPR可不是个严密的定量反应，它能切一个就能切一百个。根据研究者的测算数据，CRISPR-Cas12a系统每秒的工作次数能够达到1250次。

　　啥意思呢？只要外面有一丢丢靶DNA激活了CRISPR-Cas12a系统，它就能勤勤恳恳地开始工作了。这就相当于一个信号放大器，很少的DNA就能得到可检测的材料变化。

　　而且我们知道的，CRISPR识别靶DNA主要靠一条向导RNA，更换不同的向导RNA，这套智能材料就可以用在任何我们想用的地方。

　　是不是简单方便好神奇！

　　在论文中，研究者提出了四种可能的用法。

　　第一种，做载体。

　　以聚乙二醇（PEG）为基质，遇靶DNA释放单链DNA交联的物质。

　　第二种，做包装。

　　以聚丙烯酰胺（PA）为基质，遇靶DNA整个儿凝胶裂解，释放内容物。这里面能包裹的东西就多了，小分子药物、细胞因子等生物大分子甚至细胞都有可能。

　　第三种，做电开关。

　　这种材料里面交联了导电炭黑（CB），通过切断单链DNA改变材料的导电性。这就是个感应DNA的保险丝啊。

　　第四种，联合微流体设备快速检测病毒。

　　这种材料作为微流体设备种的填充物，随靶DNA改变渗透性，可以检测微量的病毒DNA。在实际使用中，和其他基于CRISPR的检测技术灵敏度基本一样。

能检测到的病毒量相当低

　　感觉这个智能材料的应用还远远不止这些呢。考虑好生物相容性和定量问题，拿来做生理指标体内监测不觉得也是个好主意吗？更换不同的Cas酶，识别更多的生物大分子，应用还可以更广~

　　果然想象力才是第一科学生产力啊~你有啥脑洞，留言区分享下？