编程杀死人体细胞病毒的CRISPR酶编程杀死人体细胞病毒的CRISPR酶未隐藏的图形未隐藏的图形

世界上许多最常见或最致命的人类病原体都是基于rna的病毒——例如埃博拉病毒、寨卡病毒和流感病毒——而且大多数都没有fda批准的治疗方法。由麻省理工学院(MIT)布罗德研究所(Broad Institute of MIT)和哈佛大学(Harvard)的研究人员领导的一个研究小组,目前已将一种CRISPR rna切割酶转变成一种抗病毒药物,可以对人类细胞中基于rna的病毒进行检测和摧毁。

研究人员之前已经将Cas13酶用作切割和编辑人类RNA的工具,并作为检测病毒、细菌或其他目标的诊断方法。这项研究是首次利用Cas13或任何CRISPR系统在培养的人类细胞中作为抗病毒药物的研究之一。

研究人员将Cas13的抗病毒活性和它的诊断能力结合起来,创造了一个单一的系统,这个系统有一天可能被用于诊断和治疗病毒感染,包括由新病毒和新兴病毒引起的感染。他们的系统被称为CARVER (cas13辅助的病毒表达和读出限制),在今天的《分子细胞》杂志上有描述。

这项研究由资深作者、布罗德研究所成员、哈佛大学教授帕尔迪斯·萨贝提、哈佛大学研究生凯瑟琳·弗莱耶和艺术与科学研究生院博士后卡梅隆·梅尔沃德共同领导。Freije和Myhrvold都在Sabeti实验室工作。

“人类的病毒病原体极其多样化,即使是在单一种类的病毒内,它们也在不断地适应环境,这既强调了挑战,也强调了对灵活的抗病毒平台的需求,”萨贝提说,他也是霍华德休斯医学研究所的研究员。“我们的工作建立了一个强大的和快速可编程的诊断和抗病毒技术,为这些病毒的广泛品种。”

病毒走开

迫切需要新的抗病毒方法。在过去的50年里,已经有90种临床认可的抗病毒药物被生产出来,但它们只能治疗9种疾病——而病毒病原体可以迅速进化出对治疗的耐药性。只有16种病毒有fda批准的疫苗。

为了探索新的抗病毒策略,研究小组将重点放在Cas13上,它可以自然地靶向细菌中的病毒RNA。这种酶可以针对特定的RNA序列进行编程,几乎没有限制,相对容易进入细胞,并且已经在哺乳动物细胞中得到了广泛的研究,包括布罗德研究所的核心成员张峰。

该团队首先筛选了一系列基于RNA的病毒,以寻找Cas13可以有效靶向的病毒RNA序列。他们主要寻找的是那些最不容易发生突变的片段,以及那些被切断后最有可能使病毒失效的片段。

Myhrvold解释说:“从理论上讲,你可以通过编程让Cas13攻击病毒的任何部分。”“但物种内部和物种之间存在巨大的多样性,随着病毒的进化,很多基因组会迅速改变。如果你不小心,你可能会追求一个最终没有效果的目标。”

研究人员通过计算确定了数百种病毒中的数千个位点,这些位点可能是Cas13的有效靶点。

一分之三系统

有了一系列潜在的病毒RNA靶标在手,研究小组就可以对Cas13进行编程,通过对酶的引导RNA进行工程设计,找出并切断这些核酸序列。

研究人员通过实验测试了Cas13在感染了三种不同rna病毒之一的人类细胞中的活性:淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒(LCMV)、甲型流感病毒(IAV)和疱疹性口炎病毒(VSV)。他们将Cas13基因和工程引导RNA导入细胞,24小时后,将细胞暴露在病毒中。24小时后,Cas13酶使细胞培养中的病毒RNA水平降低了40倍。

该团队进一步探索了Cas13对病毒感染性的影响——换句话说,有多少剩余的病毒可以继续感染人类细胞。数据显示,在接触病毒8小时后,Cas13将流感病毒的传染性降低了300多倍。

为了增加诊断成分,研究人员还加入了基于cas13的核酸检测技术SHERLOCK。由此产生的CARVER系统可以快速测量样本中剩余的病毒RNA水平。

“我们设想Cas13作为一种研究工具,探索病毒生物学在人类细胞中的许多方面,”Freije说。“它也有可能成为一种临床工具,这些系统可以用来诊断样本,治疗病毒感染,并衡量治疗的有效性——所有这些都能让卡弗在新的或耐药性病毒出现时迅速适应它们。”

这项研究的部分资金由霍华德·休斯医学研究所、美国国立卫生研究院的U19AI110818基金和美国国防高级研究计划局(DARPA)的D18AC00006基金提供。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.harvard.edu/gazette/story/2019/10/researchers-can-program-a-crispr-enzyme-to-kill-viruses-in-human-cells/

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