张锋团队发现基因魔剪还能精准诊断传染病，取名“夏洛克”

打赢价值数十亿美元的基因编辑技术CRISPR的专利官司不到两个月，华人科学家张锋及其博德研究所同事詹姆斯·柯林斯（James J. Collins）以共同通讯作者的身份，报告了CRISPR除了“基因魔剪”身份外的另一强大新功能——一种高效、简便、低廉的分子诊断工具。

美国当地时间4月13日，国际期刊《科学》在线发表了上述研究的论文。当日，张锋作为联合创始人的美国生物医药公司Editas Medicine（NASDAQ:EDIT）股价上涨4.33%。

对于这个将刷新病毒检测效率记录的系统，张锋和同事取了一个令人印象深刻的学名：SHERLOCK（Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing）。熟悉英剧和侦探小说的人不会陌生，这个学名缩写翻译成中文是有“神探”之称的夏洛克。如同有破案超能力的夏洛克，这项新问世的分子诊断工具可以从海量的生命数据中精准识别目标RNA。比如，寨卡病毒和登革热病毒因临床症状相似而很难辨别，而在SHERLOCK的帮助下，医生可以很快确认患者到底是感染了哪种病毒。

不仅于此，SHERLOCK的应用场景很广泛。据介绍，它非但可以检测病毒感染和细菌感染，还可以“侦查”到耐药基因、癌细胞的突变。此外，DNA上一些微小的序列突变也将无法在SHERLOCK的“眼皮”下溜走，这些序列突变指的是DNA上特定碱基发生了变化，而这些变化往往和很多疾病挂钩。

那么，SHERLOCK系统是依靠什么机制完成这些工作的呢？它的主要“员工”是向导RNA和Cas13a蛋白酶，前者相当于一位司机，将Cas13a蛋白“带路”到人们需要找到的特定RNA，也就是“猎物”。一旦Cas13a蛋白酶找到“猎物”，它就会把“猎物”切开。不像其他的CRISPR系统，Cas13a蛋白酶切开“猎物”后不会罢休，还会盲目地切开“猎物”周围的RNA。这时，科学家预置的荧光标记物就会发出明显的亮光，人们由此可以得到清晰的信号：SHERLOCK系统已经找到“猎物”了。“猎物”是什么则可由人们自行设计，从而达到检定和诊断的目的。

此前，CRISPR因能高效地敲除、添入基因，被誉为“基因魔剪”，风光无限，在一定程度上掩盖了它在分子诊断上的潜能。但不管是用来做基因编辑，还是用来做检定，CRISPR系列都是科学家从细菌对抗噬菌体的免疫系统中得到启发而来。

“自然界很奇妙。在过去亿万年的时间里，自然界演化出这些强大的酶系统。通过研究这些系统的基本生物学（机制），人类可以将他们中的一部分转化为会重要的实际应用，比如编辑基因，比如诊断。”张锋对《华盛顿邮报》说。

相比目前最常用的诊断技术ELISA（酶联免疫吸附剂测定），SHERLOCK系统的检测灵敏度提高了百万倍。去年，柯林斯的团队研发出基于CRISPR的寨卡病毒检定技术。而这次，柯林斯和张锋团队合作，SHERLOCK的灵敏度又在此前的基础上提高了1000倍。就算两个病毒之间只存在单个核苷酸上的差别，SHERLOCK也能将其识别出来，这就可以区别来自非洲和来自美洲的寨卡病毒。

SHERLOCK系统的优势还体现在它的“接地气”上。不需要高科技的仪器，在实验室里，把所需要检测的物品放在试纸上或试管里，SHERLOCK就能“开工”，用于“侦查”目标RNA和DNA。在成本上，每次测试仅需要0.61美元（约为4.2元人民币）。简便的操作和低廉的价格，这两个优势将让SHERLOCK系统在欠发达地区疫情突发时发挥更大的作用。

目前，张锋和柯林斯的团队已经提交了数个SHERLOCK系统在美国的专利申请，其中包括它在检定病毒、细菌、引起癌症的基因突变上的应用。

据《科学》杂志报道，柯林斯透露，博德研究所目前正在积极探索SHERLOCK系统的商业化，也在考虑成立专门的初创公司。当然，在这项富有前景的技术真正上市之前，它还需要通过美国食品药品监督管理局（FDA）等监管机构的审批。