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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出了大量的转基因生物，同时还可以跟踪动物的发育过程、检测疾病和控制害虫。现在，他们发现了这项技术的另一项应用: 使用CRISPR来创造可根据命令改变形态的智能材料。
最近，在《科学》杂志上，研究人员发表了一种能随意变形的新材料。此类材料可用于递送药物，并可为几乎所有生物信号提供前哨信号1。该研究由剑桥麻省理工学院的生物工程师詹姆斯·柯林斯（James Collins）领导。
柯林斯的团队主要研究由DNA链交联在一起的、富含水的聚合物，即DNA水凝胶。为了改变这类材料的性质，柯林斯和他的团队把注意力转向了一种使用Cas12a DNA剪切酶的CRISPR技术。(基因编辑器CRISPR-Cas9使用Cas9酶在目标位置剪切DNA序列。) Cas12a酶经过编辑后可以识别特定的DNA序列。这种酶先是将目标DNA解链，然后将附近的单链DNA切开。
这一特性使研究人员可以构建一系列包含目标DNA序列和单链DNA的CRISPR控制的水凝胶。当Cas12a受到刺激时，可以识别目标序列并将其切开。单链DNA的断裂会引起水凝胶形状的改变，或在某些情况下完全溶解，释放内容物 (请参阅“CRISPR控制的凝胶”)。
该团队创造了特制水凝胶，可响应刺激释放酶、药物甚至人类细胞（例如，作为治疗过程的一部分）。柯林斯希望这种凝胶能用于制造智能释放药物的疗法，例如，遇到肿瘤时释放抗癌药物或遇到感染时在其周围释放抗生素。
智能目标
研究人员还将CRISPR控制的水凝胶集成到了电子电路中。该方法中，他们将水凝胶置于微流体室。微流体室是一种类似芯片的小型装置，该装置与一个电子电路相连。当检测到来自埃博拉病毒和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)等病原体的遗传物质时，电路就会关闭。该团队甚至利用水凝胶开发了一个诊断工具的雏形，当它识别出实验室样本中的埃博拉病毒产生的遗传物质时，就会发送无线信号。当组员在背包里携带无线探测器时，只需从样本附近走过，就能识别出阳性样本。
纽约伊萨卡康奈尔大学的生物工程师罗丹（音译）提到，CRISPR水凝胶是对其他响应性水凝胶的改进，因为科学家可以轻易决定引发材料变化的因素。过去制造智能水凝胶时，使用的酶要么无法切割特定的DNA序列，要么只能切割少量的特定序列，从而限制了它们的应用。
“我们正处于CRISPR的时代，”柯林斯说。“它已经占领了生物学和生物工程学领域。而我们的工作证明，它还可以进入材料和生物材料领域。”
作者：Ewen Callaway，目前为《自然》杂志工作。
翻译：张国荣
审校：施怿
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