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11月14日 クリスパーシステムをバイオセンサーに使う(Angewandte Chemie Int. Ed: 58 2-9掲載論文)

2019年11月14日

最近クリスパーも当たり前になって、紹介する機会も減ってきたが、このシステムを思いも掛けない目的で使うための技術開発は着々と進んでいる。ただ、分子センサーに使うというアイデアは初めてだ。

さて、皆さんは昨年5月1日にCas12aについてこのブログで紹介したのを覚えておられるだろうか(https://aasj.jp/news/watch/8385)。普通のCasと異なり、Cas12aは特異的なDNAだけでなく、周りにある一本鎖DNAを切断してしまう活性を持つ。

今日紹介するクリーブランド、ケースウェスタン大学からの論文はこのCas12aの特徴を生かして血中などに存在する特定のDNAやタンパク質を検出するシステムの開発でAngewandete Chemie International Editionに掲載された。タイトルは「Exploring the Trans-Cleavage Activity of CRISPR-Cas12a (cpf1) for the Development of a Universal Electrochemical Biosensor(CRISPR-Cas12aのトランスDNA切断活性をユニバーサルな電気化学的バイオセンサーの開発に用いる)だ。

この研究ではCas12aがガイドとして用いるCRISPR-RNAと標的の2本鎖DNAとがマッチした時、標的DNAとともに、周りにある一本鎖DNAを切断する活性を利用して、この非特異的酵素活性を電気的に検出するシステムを着想し開発している。具体的には、金箔の上に10塩基の長さの一本鎖DNAを貼り付ける。このDNAの断端にはメチレンブルーが結合されており、これにより化学的電流が発生するようになっている。しかし、DNAが切断され、メチレンブルーが表面から消失すると、電流が流れなくなるという原理を用いている。

この場合検出するのは例えばウイルスDNAのような、特異的なDNAが存在するかどうかで、存在する場合だけCas12aが活性化され、その場合チップ上で検出できる電流が落ちる。

様々な条件を検討した結果、最終的には109Mの濃度の標的DNAを2−3時間で検出できることを示しており、濃縮なども考えれば実用範囲に持っていくのはそう難しいことではない。さらに、特定のDNAに限って検出するとき、ミスマッチが起こっている場所に応じて電流の低下が変化することから、標的DNAの変異の場所を特定できる可能性も示している。

ではこの系を核酸ではなくタンパク質を検出する系として利用できるかが次の課題だ。著者らは特定のタンパク質と結合すると同時にCas12aを活性化できるように改変したアプタマーと呼ばれるDNAを作成し、まずこのアプタマーをそれと結合するタンパク質と混合させたあと、残ったアプタマーをCas12aの活性化に用いることで、アプタマーと結合した標的タンパク質の量を、DNAと同じように測定できることを示している。

以上が結果で、考えれば核酸が持つ様々な特異性をうまく利用したバイオセンサーが可能なことはよくわかった。おそらく価格も安いと思うが、あとは競争力だけの問題だ。しかし、CRISPRの可能性は驚くほど広い。


  1. okazaki yoshihisa より:

    核酸が持つ様々な特異性をうまく利用したバイオセンサーが可能でCRISPRの可能性は驚くほど広い。

    Imp:
    核酸=言われてみれば不思議な分子です。
    DNAのある種の化学反応過程は計算過程とみなせるし(DNAコンピュータ)
    DNAのある種の変化(メチル化等)は情報記憶過程とみなせるし
    そうすると、今回のようにセンサー(トランスデューサーに増幅・演算・制御・出力等の機能を合わせた装置)にもなりうる。
    このコーナー読み始めて頭をよぎりはじめたのが、
    計算機科学と生命科学が、以前には想像できなかったくらい急接近しているのではないかとの疑念?
    もしかしたら革命前夜なのでしょうか???
    Microsoft社のようなコンピュータ企業が、計算科学の視点から生命研究に参入しはじめてますし。
    https://www.microsoft.com/en-us/research/group/biological-computation/

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