在新冠疫情暴发初期，样本检测主要基于灵敏的聚合酶链式反应（PCR）技术，但从检测到获得结果通常需要数天时间。之后有了更快速的检测方式，让任何人可以在任何地方使用，但灵敏性却大打折扣。如今一项新研究正在为一种既快又准的诊断测试铺平道路：它既能像新冠快速检测试剂一样便捷，又能像PCR技术一样准确。
现今，研究人员会采用CRISPR基因编辑技术来识别病原体（如引发新冠疫情的新冠病毒）的遗传物质。但是，这类检测大多都需要通过“预扩增”来增加病毒核酸的数量，而实现这一过程通常需要特定的设备，操作人员也需要经过一定的培训。
近期，一项发表于《自然·通讯》（Nature Communications）的研究表明，一些基于CRISPR技术的测试可以检测基因片段（包括新冠病毒、危险的细菌和癌症中的基因突变），且无需预扩增就能实现PCR级的灵敏度。
CRISPR技术中会使用一些能附着在RNA分子上的切割酶，这些RNA分子可以与目标基因序列（例如作为检测对象的病原体的序列）相匹配。RNA会“引导”酶到达目标序列，并激活酶去切割序列。一些CRISPR酶的变体在切割目标序列后，还可以继续活动：它们一旦被激活，可以继续切割附近的单链DNA（ssDNA）。研究人员可以利用这种行为，让酶在切割ssDNA时触发一次荧光闪烁，从而确认目标病原体是否存在。
不过在这样的设置中，每个目标DNA或RNA分子仅能激活一个切割酶。为了提高信号强度，论文的资深作者、澳大利亚新南威尔士大学（University of New South Wales）的生物医学工程师埃娃·M.戈尔迪斯（Ewa M. Goldys）和同事创造出了一些微小的DNA“纳米环”。这是一种环状的短单链序列，可以附着在目标序列的两端。
当它们呈环状时，不会激活CRISPR酶，但被切割后会展开成能被CRISPR酶识别的线性DNA。这种链式反应进而可以激活更多的酶。戈尔迪斯说：“即使只存在几个目标分子，也可以很容易检测到。”
这种策略使得基于CRISPR的检测技术的灵敏度提高了100万倍。美国麻省理工学院（MIT）的生物学家乔纳森·古滕伯格（Jonathan Gootenberg）参与开发了一种早期的CRISPR诊断系统，他说：“去掉预扩增步骤，可以使化学过程更加优雅、简单，更适合于即时检测系统。”这种新方法可以做成廉价的测试套装，类似于目前新冠快速检测中的试纸条——单个制造成本仅为几美元。
利用基于纳米环的测试系统，科学家可以检测新冠病毒和致胃溃疡的幽门螺旋杆菌（Helicobacter pylori）的遗传物质。此外，他们还能检测在小鼠血液和人体血浆中循环的肿瘤DNA。这种测试可以在15分钟内完成，而PCR通常需要至少一个小时。戈尔迪斯说：“相信我们已经创造出了一种有望取代PCR的技术。”
研究团队正在与一些商业伙伴合作，将这一技术用于病毒诊断和检测水中的寄生虫。不过虽然首个产品是一盒通用纳米环，研究人员可以将其添加到现有的CRISPR测试中，以提高灵敏度。这些DNA纳米环携带有引导RNA，一旦这些DNA纳米环与目标序列结合，并受到酶的切割展开后，这些引导RNA就会锁定它们，引发进一步的反应。
目前最大的障碍是同时检测多个目标，而在医疗应用中这种特性很必要，它可以检查测试的功能是否正常。古滕伯格说，这可能很难实现，不过他们正在研究。“我们不知道如何应对这一挑战，”戈尔迪斯说，“但我们会尝试。”