有什么是CRISPR做不到的吗？科学家们已经利用基因编辑工具制造了大量的转基因生物，以及追踪动物发育、检测疾病和控制害虫。现在，他们又发现了它的另一个应用：使用CRISPR来创造可按指令改变形状的智能材料。
研究人员在8月22日发表于《科学》杂志上的报告中指出，这种可变形材料可以用于输送药物，并为几乎任何生物信号创建哨兵1。这项研究由位于剑桥市的麻省理工学院的生物工程师詹姆斯·柯林斯领导。
柯林斯的团队使用以DNA链连接在一起的注水聚合物，称为DNA水凝胶。为了改变这些材料的特性，柯林斯和他的团队转向了一种使用名为Cas12a的DNA剪切酶的CRISPR形式。（基因编辑器CRISPR-Cas9使用Cas9酶在所需的位置剪切DNA序列。）Cas12a酶可以被编程来识别特定的DNA序列。该酶切割其目标DNA链，然后切断附近的单链DNA。
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这种特性使得研究人员能够构建一系列CRISPR控制的水凝胶，这些水凝胶包含目标DNA序列和单链DNA，后者在Cas12a识别出刺激中的目标序列后会分解。单链DNA的分解会触发水凝胶改变形状，或者在某些情况下完全溶解，从而释放有效载荷（参见“CRISPR控制的凝胶”）。
该团队创建了被编程为响应刺激而释放酶、药物甚至人类细胞的水凝胶，例如，作为治疗的一部分。柯林斯希望这些凝胶可以用于制造智能疗法，例如在肿瘤存在的情况下释放抗癌药物，或在感染周围释放抗生素。
智能目标
研究人员还将CRISPR控制的水凝胶集成到电子电路中。在一种方法中，他们将水凝胶放置在连接到电子电路的小型芯片状设备（称为微流体腔室）内部。该电路在检测到包括埃博拉病毒和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）在内的病原体的遗传物质时会关闭。该团队甚至使用水凝胶开发了一种原型诊断工具，该工具在识别出实验室样本中埃博拉的遗传物质时会发送无线信号。当团队成员背着一个无线探测器时，他们只需走过阳性样本就能识别出来。
纽约伊萨卡市康奈尔大学的生物工程师丹·罗说，CRISPR水凝胶是对其他响应性水凝胶的改进，因为科学家可以很容易地确定是什么触发了材料的变化。过去创建智能水凝胶的努力使用了要么不切割特定DNA序列，要么只切割少量特定序列的酶，限制了它们的适应性。
柯林斯说：“我们现在正处于CRISPR时代。它已经接管了生物学和生物技术。我们已经证明它可以进入材料和生物材料领域。”
本文经许可转载，并于2019年8月22日首次发表。