两篇《Science》首发：麻省理工张锋和加州伯克利美女教授杜德拉再度陷入火拼！基因检测灵敏度前所未有

引言

国际著名期刊《科学》杂志在2月15日同时在线发表两篇重磅文章，一篇为麻省理工著名学者张锋实验室的关于升级版基因突变检测技术“Sherlock V2”；另一篇为竞争如果对手加州大学伯克利分校的杜德拉教授团队开发的基于Cas12a（又叫Cpf1）的新的基因突变检测技术。二者互相借鉴使用了对方的研究成果。

要说当今科学和工业界有两个团队竞争得比较厉害的话，恐怕一定包括麻省理工大学著名华人科学家基因编辑领域的先锋人物张锋（Zhang Feng）博士和加州大学伯克利分校的杜德拉（Jennifer A. Doudna）教授团队了。

▲两位都是潮人，Jennifer A. Doudna（左）和张锋（右）；杜老师还真是具有好莱坞明星的风范；私以为国内的科学家在照照片的时候或者媒体宣扬的时候也可以更加潮一点，酷一点嘛，不必总是放一幅严肃的中年油腻大叔图像嘛

竞争，迫使人更加努力地奋斗！

基于CRISPR-Cas系统的第三代基因编辑技术在短短几年之内迅速发展，除了得益于其方便、快捷、高效、准确的基因编辑能力之外，许多优秀的研究团队在这方面进行有力的竞争，也是它迅速发展的一个重要因素。

确实，谁不想把未来可能给整个生物医学科学及工业界带来颠覆影响的关键技术掌握在自己手里呢？尤其是发明这个技术的几个主要人物以及背后的不同利益集团。

这其中就主要包括哈佛大学和MIT的Broad研究所等单位组成的团体和加州大学系统组成的团队之间的PK（而另一主要人物Emmanuelle Charpentier教授则转战欧洲战场，现在早已混的风生水起了），台面上专利战争还在持续，谁也不能定论何时落下尘埃，而暗地里面对于相关技术的进一步开发以及精进则加足了马力，火力全开。

当然，这其中的弯弯绕绕太多，小编在此不想八卦了，要八卦这个商业案例，可以去哈佛大学商学院商业案例八卦中心哈！

这里，我们将简单介绍一下，国际著名期刊《科学》杂志在2月15日同时在线发表两篇重磅文章，一篇为麻省理工著名学者张锋实验室的关于升级版基因突变检测技术“Sherlock V2”；另一篇为竞争如果对手加州大学伯克利分校的杜德拉教授团队开发的基于Cpf1改造的新的极度灵敏的基因突变检测技术。

▲张锋团队发表的文章

▲杜德拉团队发表的文章

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▶神探夏洛克◀

发表顶尖期刊《Science》杂志和神探夏洛克有什么关系？

要了解其中的端倪恐怕不是一篇文章能够解释得清除的。

这主要体现了科学界对于学术名词取名的重要性，名字取得好也可能盖过原初发现者的风头，名字取得不好也可能悔恨当初。

科学家对于新发现起名字一定要谨慎，即便是路边摊算命先生都知道起名的重要性，科学家不能不重视啊！

就像著名华人教授陈列平所说，对于免疫检查点（immune checkpoint）相当不满意，因为他自己作为最早发现PDL1受体的人，发明了一个词语没有火爆，而别人在他之后发明了这个免疫检查点的词语（把PD1/PDL1统统包括在内）竟然火爆全球，确实有一种发明一个词语就把自己的科学功劳抢了过去的感觉。

▲陈列平教授对于免疫检查点的提法颇有微词

小编举陈列平教授的例子说明什么？

说明取名字的重要性。

麻省理工张锋教授正是深得其中的精髓：取了好名字便于传播！

张锋教授将他们于2017年4月发明的一项检测核酸突变的极其灵敏的技术叫做Sherlock（(Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing），即夏洛克技术，神探夏洛克，谁不知道呢？

▲张锋研究团队早在2017年4月就在著名学术期刊《科学》杂志发表了基于Cas13a蛋白的Sherlock技术，能够极其灵敏地检测核酸的突变

当然，这里要讲解这个所谓的“Sherlock”技术，恐怕得单独写一篇文章，才能够讲解到位，把这个来龙去脉讲清楚。这里只是简单地讲解一下。

Sherlock技术的原理实际上主要是利用Cas13a蛋白（又叫做C2C2）的一种叫做“collateral effect”的效应，简单说来就是，当Cas13a和crRNA结合，并识别相应的RNA序列之后，就激活了Cas13a的RNA酶活性，能够切割其他所遇到的任何RNA，这就是所谓的‘collateral effect’。此时，这个酶就会剪切一个荧光报告基团（quenched fluorescent RNA，实际上是一种高灵敏的检测RNA酶活性的试剂，正常情况下不发光，一旦被RNA酶剪断，就会发光，然后只需要检测到荧光就能够判断是否具有RNA酶活性了），然后发光，其后就可以被检测了。

▲Sherlock技术原理

Sherlock技术中最重要的蛋白质，Cas13a的发现历程是怎样的呢？

实际上，最早在2015年，张锋实验室通过比对class2型的蛋白序列，发现Cas13a与种不同，其不具有Ruvc结构域，即没有DNA酶活性，但是具有两个HEPN结构域，众所周知，HEPN结构域具有RNA酶活性，因此，推测Cas13a具有RNA酶活性。

而他们进一步在2016年4月就在《科学》杂志上面报道了Cas13a是一个RNA介导的RNA酶。

▲张锋团队2016年4月就在《科学》杂志上面报道了Cas13a是一个RNA介导的RNA酶

然而，戏剧性的是，竞争对手杜德拉教授则是在短短几个月之后，就在《Nature》上面发表相关文章。杜德拉实验室更进一步，证明Cas13a具有两种RNA酶活性，一种是切割pre-crRNA称为成熟crRNA酶活性，一种是HEPN结构域的RNA酶活性。

▲杜德拉教授团队则是在短短几个月之后，就在《Nature》上面发表相关文章，第一次将Cas13a应用于基因检测，然而灵敏度太低

当Cas13a和crRNA结合，并识别相应的RNA序列之后，就激活了Cas13a的RNA酶活性，能够切割其他RNA，这就是所谓的‘collateral effect’。因此，他们首次将Cas13a应用于检测RNA，也采用的猝灭荧光的RNA作为报告基团的。然而，当时杜德拉实验室的检测灵敏度仅能够达到nM级别，没有实际应用价值。所以说，单纯使用Cas13a检测灵敏度太低，无使用价值。

然而，就如同精彩的电影一样，剧情的反转，才是吊起观众胃口的关键！

是的，剧情反转了！

这就是张锋团队利用等温扩增技术（RPA）结合Cas13a，结果极大地提高了检测基因突变的灵敏度，这就是上面提到的张锋团队2017年4月就在著名学术期刊《科学》杂志发表了基于Cas13a蛋白的Sherlock技术。具有了实际应用价值。

▲张锋团队的文章一出来，杜德拉老师的心情是复杂的（请忽略人像，看看文字）

这篇Sherlock技术的文章一发表，好事的媒体就找杜德拉老师评论一番，结果，杜老师说，很高兴看到这项新技术的核心Idea是基于我们的工作。

杜老师的心情恐怕不要太复杂！

▶夏洛克二代与扫地僧◀

小编要是叨叨上面的故事，技术等等可以轻易写出一篇万字长文，而且其中还有一些科学家的重要工作比如中科院王艳丽老师的工作等都未提及。

然而，遗憾的是，这是一个短平快的世界！这是一个信息碎片化的时期！

人们喜欢短平快，常常只能坚持几分钟，需要坚持半个小时的长篇大论文章又有多少人愿意翻看呢？

由于这次张锋研究团队主要是技术升级版的Sherlock技术，本质上还是以前的技术更进一步，因此，下面简单看看究竟有哪些改进呢？

总结起来主要有四点：

1.更多：一次就能同时高灵敏地检测四种不同类型的突变或病毒，以前只能一次检测一种；

2.更少：起始的核酸浓度可以低至2aM级别；

3.更强：这一次增加了Csm6这个酶的辅助作用，能够增强信号灵敏度3.5倍；

4.更方便：可以直接采用试纸条，直接在肉眼下观察结果，而不需要其他复杂仪器的辅助。

更多、更少、更强、更方便，这就是小编总结的升级版本的“Sherlock V2”。

值得一提的是，张锋教授团队的升级版“Sherlock V2”技术中竟然破天荒地使用了竞争对手杜德拉教授团队的重要工作（就是这一篇由杜德拉教授团队发表的Science文章）。

▲杜德拉团队的文章早在2017年11月就发表在预印版网站bioRxiv上面

小编仔细查看之后，竟然惊喜地发现，原来，杜德拉团队的这一篇《Science》文章早在2017年11月就发表在了预印版网站BioRxiv上面，而让小编大吃一惊的是，张锋团队竟然在短短的两三个月时间之内就能够迅速复制竞争对手的所有技术（抱歉，此处可能未必严谨），并且加以融合运用到自己的技术框架之中，这种超强的复制技术和运用技术的实力，可以说已经达到出神入化的境界，这就如同金庸小说《天龙八部》里面的扫地和尚，融汇贯通所有武功。

▶杜老师：一个不服输的坚强女人◀

想一想也真是遗憾，本来杜德拉杜老师是第一个将Cas13a应用于基因检测的人，结果命运就偏偏不垂青她，检测的灵敏度不够，没有实际应用价值。

不过这也是命中注定，谁叫杜老师没有想到使用等温扩增技术（RPA）来结合Cas13a的强大功能呢？最终命运又垂青到了张锋身上。

所以，你也不能够怨上天不公平，很多时候你并没有远远地比别人更牛，尤其是这个人是张锋的时候（当然，小编说这话难免有点违心，实际上，Sherlock技术是张锋团队和技术牛人James J. Collins团队共同作用的结果，其在等温扩增技术检测方面颇有研究，2016年还发表了一篇Cell文章检测寨卡病毒的技术文章，而杜老师也许并没有找到这么有力的资源）。

杜老师在基于Cas13a检测基因突变方面暂时处于下风，然而，杜老师却并没有放弃，她则把目光转向了Cpf1（又称为Cas12a）。

众所周知，Cpf1是张锋教授的新宠，最近已经发表了非常多相关顶级文章。然而，Cpf1的来源不同，其功能也可能不同。杜老师团队发现，来源于毛螺菌科（Lachnospiraceae bacterium）的ND2006亚型细菌的Cpf1（简写为LbCas12a）竟然也具有类似Cas13a的‘collateral effect’效应。

怎么说？

那就是这种LbCas12a一旦与crRNA结合之后，就能够立马降解单链DNA（ssDNA），从而可以应用于基因突变检测，尤其是DNA的突变检测。杜德拉教授团队将基于LbCas12a的这项基因检测技术称之为：DETECTR，是DNA Endonuclease Targeted CRISPR Trans Reporter的缩写。值得注意的是，这一回，杜老师也学精了，同样结合了等温扩增技术来将极低浓度的目的片段常温扩增至较高水平。

▲DETECTR技术的检测原理示意图

这确实是一个重大发现，难怪张锋教授都赶紧复制并融汇这项技术。

这回，杜老师终于又扳回一城！

并且，杜德拉团队使用这项技术对HPV进行了有效的检测，具有相当高的灵敏度，能够高效检测极低量的HPV病毒，具有非常大的实际应用价值。

参考资料：

1. Multiplexed and portable nucleic aciddetection platform with Cas13, Cas12a, and Csm6.

2. CRISPR-Cas12a target binding unleashesindiscriminate single-stranded DNase activity.

《往期精彩》

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