作者：代丝雨
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？
