在太空任务中监测宇航员的健康状况面临诸多挑战，其中包括快速评估乘员的健康状况。灵敏的基因诊断对于检查航天员和航天器环境至关重要。CRISPR-Cas12a与等温扩增相结合，已被证明是一种有前途的生物传感系统，可用于快速、现场检测基因组目标。然而，基于CRISPR诊断的效率和灵敏度还从未在微重力环境中进行过测试。宇航员在国际空间站上首次测试了使用重组酶聚合酶扩增（RPA）结合Cas12a的附带裂解活性进行基因诊断。宇航员探索了扩增和未扩增靶DNA的检测灵敏度。通过将RPA与Cas12a结合，研究鉴定了渺摩尔级（attomolar）的靶标。进一步还评估了反应长期储存后的稳定性。结果表明，基于CRISPR的检测是在微重力环境下进行现场基因诊断的有力工具，并可进一步用于长期的太空努力，以改善宇航员的健康和福祉。
研究亮点
1.基于CRISPR的基因诊断技术成功应用于微重力环境。
2.将Cas12a附带活性与重组酶聚合酶扩增（RPA）相结合，可检测到渺摩尔级（attomolar）浓度的DNA。
3.冷冻长期储存后保持检测稳定性，因此可用于长期太空任务。

研究背景
基因诊断可加深对空间飞行任务期间环境条件的了解，并在宇航员的治疗中发挥关键作用。如果没有对不同样本进行机载基因检测的手段，只能在着陆后进行调查，这既不及时，也可能造成偏差。此外，机载基因诊断可有利于食品安全和可持续太空农业，特别是用于分析潜在的植物病原体和监测微生物组的发展。

最近的几项研究建立了飞行基因诊断方法。聚合酶链反应（PCR）和纳米孔测序在国际空间站（ISS）上成功运行。使用16S测序进行细菌分析和拭子到测序仪实验也已完成。
近年来，基于CRISPR-Cas的技术在基因诊断领域掀起了一场革命。这些系统包括CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）阵列和Cas（CRISPR相关）蛋白。CRISPR阵列被转录并加工成短向导RNA（gRNA）序列，与Cas蛋白结合并引导它们到达基因组靶点，然后以精确高效的方式裂解靶点。这种利用gRNA将DNA或RNA切割蛋白引导至特定基因组位点的能力使CRISPR-Cas系统成为一种多功能、强大的基因组编辑工具。这已在整个生命树中得到证实，最近还在微重力环境中得到证实。

除了各种基因组编辑应用外，特定的Cas蛋白，如Cas12a和Cas13，还具有附带功能：在靶标检测和裂解后，这些蛋白分别不加区分地裂解单链DNA（ssDNA）或单链RNA（ssRNA）。利用这一功能开发了基于ssDNA探针的灵敏特异的DNA检测测定DETECTR和利用Cas13感知RNA分子的SHERLOCK。DETECTR探针由连接荧光团和淬灭剂的短ssDNA序列组成。识别靶标后，Cas12裂解ssDNA探针，从淬灭剂中释放荧光团，产生荧光信号（图1a）。该技术已被FDA批准用于SARS-CoV2的检测。

实时PCR（RT-PCR）被广泛用于基因诊断，但它需要专业的设备和合格的人员。RT-PCR将扩增和荧光检测结合在一起，而DETECTR和SHERLOCK则采用单独的扩增步骤，然后进行检测。PCR是DNA扩增的黄金标准方法，已被证明可与Cas12a基因鉴定检测结合使用。然而，对于DNA的现场检测，两种等温扩增方法是Cas12a的常规使用方法：(a)环介导等温扩增（LAMP）和(b)重组酶聚合酶扩增（RPA）。

2022年4月8日，首次私人轨道太空飞行从卡纳维拉尔角起飞前往国际空间站。以色列宇航员Eytan Stibbe参加了这次飞行，以完成 "Rakia "任务，其中包括数十项科学实验。作为此次任务的一部分，宇航员测试了微重力环境下Cas12a和RPA扩增的附带活性（图1c）。我们以生命树不同分支的三种生物为目标：大肠埃希氏菌、酿酒酵母和梭形芽孢杆菌。该研究结果表明，基于CRISPR的高精度基因诊断可以在微重力环境下进行。在太空中快速轻松地检测遗传物质的能力可作为未来太空旅行任务的宝贵工具。

研究结果：
编者注：该研究首次在外太空成功实现了CRISPR诊断测试，预示着不久将来该技术可能会走进千家万户，其次随着未来太空移民，任何星球应该也能开展CRISPR诊断。

文献来源：
Alon DM,Mittelman K,Stibbe E,Countryman S,Stodieck L,Doraisingam S,Leal Martin DM,Hamo ER,Pines G,Burstein D.CRISPR-based genetic diagnostics in microgravity.Biosens Bioelectron.2023 Jul 5;237:115479.doi:10.1016/j.bios.2023.115479.Online ahead of print.