一种能够同时识别病毒及其变异体的诊断技术已经问世，其核心在于调控基因剪刀的反应速度。考虑到近来新发传染病不断出现且传播速度加快，这项技术能够快速识别多种病毒和变异体的优势，有望成为提升传染病应对能力的积极因素。
自上排左起为KAIST教授 Son Seongmin、加州大学伯克利分校教授 Dan Fletcher、Gladstone Institutes 教授 Melanie Ott。KAIST供图
View original imageKAIST生命与脑工程系教授 Son Seongmin 研究团队与美国加州大学伯克利分校（UC Berkeley）、Gladstone Institutes 研究团队合作，通过调节基因剪刀的反应速度，开发出一项能够同时区分多种病毒及其变异体的新型核糖核酸（RNA）诊断技术，相关成果于26日公布。
在本次联合研究团队开发的诊断技术中，应用了“Cas13”基因剪刀蛋白。基因剪刀是一种能够寻找并剪切特定基因的蛋白质，其在识别到目标时会被激活。尤其是 Cas13 以RNA为靶标，当其找到目标RNA后，会剪切周围的RNA并产生荧光信号。
以往技术若要同时检测多种病毒，必须使用不同的基因剪刀或多种颜色的荧光物质，结构复杂，难以在现场实际应用。
联合研究团队由此获得灵感，注意到基因剪刀与目标结合时，其“剪切”速度会因病毒种类不同而各不相同。研究团队基于这一普遍现象转换思路，从而找到破解问题的线索。
联合研究团队在极小液滴（droplet）中观测单分子反应时发现，依据向导RNA与靶标RNA的不同组合，会呈现出各自特有的反应速度模式。向导RNA是为基因剪刀提供“位置信息”的RNA分子，用以指引其寻找特定目标。
在此基础上，研究团队还开发了将反应速度差异像条形码一样加以利用的“动力学条形码（kinetic barcoding）”技术。该技术通过将反应速度读取为一种信号模式，从而区分不同病毒。借助这一技术，仅用一类基因剪刀即可同时区分多种病毒及其变异体。
联合研究团队强调，通过调整向导RNA的设计，可以按预期方向调控基因剪刀的剪切速度，从理论上获得对极其多样病毒进行同步判别的扩展性。
大幅简化检测流程也是该技术的一大亮点。以往在检测RNA病毒时，需要将其转化为DNA的“逆转录（reverse transcription）”步骤。而新诊断技术则可以在RNA原始状态下进行直接检测。逆转录是将RNA转变为DNA的过程，会延长检测时间并增加操作复杂度。
联合研究团队开发的诊断技术在临床样本测试中，能够一次性准确区分多种呼吸道病毒以及SARS-CoV-2变异体。
Son 教授表示：“本研究不仅仅是确认病毒是否存在，更是首次将基因剪刀的反应速度这一全新信息用于诊断”，“期待这项新诊断技术能够在现场一次性识别和诊断多种新发传染病，成为下一代诊断平台。”
此次研究中，Son 教授以第一作者及共同通讯作者身份参与。研究结果已于上月31日发表于生物工程领域国际学术期刊《Nature Biomedical Engineering》。
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