6月3日，国际生物学权威杂志《核酸研究》（Nucleic Acids Research）在线发表了药学院吴曈勃教授团队最新研究成果Modular CRISPR/Cas12a synergistic activation platform for detection and logic operations。
CRISPR/Cas系统在基因编辑、生物工程等领域被广泛使用。提高CRISPR/Cas系统和分子反应网络的可编程性和可控性有助于其与其他生物学工具联合，拓展CRISPR/Cas系统在分子诊断、信息存储等领域的应用。有研究表明CRISPR/Cas12a系统可被分裂激活剂激活，但目前的设计只能检测核酸靶标，功能单一，也不容易兼容上游反应网络。
吴曈勃团队首次发现了CRISPR/Cas12a系统分裂激活剂的冗余抑制机制，可通过添加和移除冗余结构实现CRISPR/Cas12a系统活性的调控。在此发现的基础上，团队构建了一个基于冗余结构的模块化CRISPR/Cas12a的协作激活平台，实现了单核苷酸变异（SNV）的识别、核酸酶的检测和逻辑运算（图1）。MCSAP具有良好的可编程性和可扩展性，为CRISPR/Cas在不同领域，如分子生物学和纳米工程的广泛应用提供了一个强大的工具。
图1. 模块化CRISPR/Cas12a的协作激活平台（MCSAP）的构建
利用MCSAP可将分子诊断任务分解并将适当任务分配给不同的分子工具和电路，从而实现模块化平台的构建。例如在SNV的识别中，可以利用已有的核酸内切酶IV（Endo IV）系统作为识别模块，再利用CRISPR/Cas12a系统作为信号报告模块，实现上下游反应的衔接和信号输出。对药物代谢相关的双位点SNV，在Endo IV识别后，可利用冗余长度的差异控制CRISPR/Cas12a的活性，实现双位点SNV的同时分型检测（图2）。
图2. 利用MCSAP实现单核苷酸变异（SNV）的检测
此外，还可将MCSAP作为下游效应器，通过上游的分裂DNAzyme作为转换器，实现了任意核酸输入的逻辑运算（图3）。这展示了MCSAP与分子网络具有良好的兼容性，拓宽了CRISPR/Cas12a系统的应用场景和潜力。
图3. 利用MCSAP实现逻辑运算
华中科技大学2018级临床医学（八年制）专业胡明昊、2022级药学（本硕博）专业程先志为文章的共同第一作者，吴曈勃教授为通讯作者，我校为论文的唯一完成单位。本研究得到了国家自然科学基金的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkae470
吴曈勃团队量体裁衣为本科生设计适应其发展的研究课题，训练本科生的科学思维和创新能力，助力拔尖创新人才培养。团队药学、临床医学专业的本科生29人次以第一或共同第一作者发表高水平论文23篇，获得全国大学生生命科学竞赛特等奖、一等奖等国家级竞赛奖项8项。以下是对本文作者的访谈。
2022级药学（本硕博）专业程先志：
在吴老师课题组，我学到了科研成功的三大法宝：坚实的基础理论、不懈的时间投入，以及不可或缺的批判性思维。
从大一下学期开始，我便积极参加每周的组会，这让我对基础理论有了更深入的理解。通过批判性思维课程，在吴老师的精心指导下，不断锤炼了我的科研思维能力。
在大一学年结束之际，我有幸通过了课题组的严格考核，正式成为其中一员。在胡明昊师兄的悉心指导和无私帮助下，我迅速掌握了实验的基本技能，并能够稳步推进课题研究。我深知，科研之路漫长而艰辛，需要持之以恒的努力和投入。因此，我始终珍惜每一刻课余时间，确保每周都能为课题研究投入宝贵的时间和精力。每周与吴老师和师兄的深入分析和讨论，不仅帮助我解决了研究中遇到的难题，更让我在科研思维和方法上得到了质的飞跃。
我还要特别感谢“本硕博”连续培养的学制，它为我提供了一个灵活的学习平台，让我不必在课业成绩上过度“内卷”，而是能够让自己有机会以兴趣为导向，将更多的精力投入到课外的科研活动中。这种灵活的学习模式，让我在保持学业成绩的同时，也能够深入参与到科研工作中，实现了学业与研究的平衡发展。
作为本科生，发表论文是一次非常宝贵的经历，也是一次难得的成长和锻炼。它不仅让我体会到了学术探索的兴奋和乐趣，还锻炼了我的批判性思维能力。在与导师和同伴紧密合作的过程中，我深刻认识到团队协作的重要性，每个人的贡献都是项目成功不可或缺的一部分。同时，我也学会了如何有效地管理时间，平衡课程学习和研究工作，这对我未来的职业生涯将是一个宝贵的技能。与此同时作为一名药学专业本科生，也是本科生第二党支部的一员，我一直以新药研发为目标，弘药报国为己任。我坚信，这段经历将为我未来实现目标，科研报国奠定坚实的基础，激励我不断追求卓越，勇攀科研高峰，为人类的知识宝库贡献自己的一份力量。
2018级临床医学（八年制）专业胡明昊：
我从2020年夏天加入吴老师课题组，到现在已经四年了。很幸运积累了一些成果，以第一作者在ACS Nano，Nucleic Acids Res.，Small，CEJ等期刊共发表了8篇论文。但事实上，我的科研生涯并非顺风顺水，在开始实验时总是遇到各种各样的问题，一年盘点时发现基本处于0数据，0文章的状态。但是在不断实验、失败和重新实验的过程中，通过与吴老师和课题组其他同学的学习与交流，我锻炼了自己阅读文献、发现科学问题的能力，提升了自己的科学思维，完成了从被动研究到主动研究的转变。也很感谢自己在比较沮丧的时候能坚持下来投入科研，终于在2023年初发表了第一篇论文。随后的成果可谓是厚积薄发，水到渠成。期间，我也利用课题组的平台，开始带着低年级的同学开展实验，进一步完成了从课题参与者到课题设计者的转变。
我和吴老师在讨论和程先志合作的课题时，考虑到刚刚大二的同学还没有科研经验，先设计了一个有一定科学意义，又难度适中的课题。但在开始研究后，我们很快发现实验结果不符合预期设计，无法按原计划继续进行研究。不过，我们发现了冗余结构对CIRSPR/Cas12a活性的影响，基于此新性质可以开发模块化的协同激活平台，最后顺利完成了实验，取得了不错的效果。
作为一名临床医学八年制学生，在本科阶段能有一段深入的学科交叉科研经历是难得的，也是幸运的。这样优质的跨学科科研机会带给我们的，不只是几篇文章，更重要的是为我们未来的临床研究和实践提供了基础，可以更好地在科研道路上发展。
