CRISPR RNA切割酶被设计用来消灭人类细胞中的病毒

来源：news medical | 校审：Kate Anderton | 2019-10-10 | 翻译：聚生物

世界上许多最常见或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)和哈佛大学(Harvard)布罗德研究所(Broad Institute of MIT)的研究人员领导的一个团队，目前已将一种CRISPR RNA切割酶转化为一种抗病毒药物，这种抗病毒药物可被编程用于检测和消灭人类细胞中的RNA病毒。

研究人员之前已经将Cas13酶用作切割和编辑人类RNA的工具，并将其作为检测病毒、细菌或其他目标的诊断手段。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的抗病毒活性与它的诊断能力结合起来，创造出一个单一的系统，也许有一天可以用来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，称为CARVER（Cas13-Assisted Restriction of Viral Expression and Readout,cas13辅助限制病毒表达），在10月10日的《Molecular Cell》（《分子细胞》）杂志上有描述。

研究人员将Cas13的抗病毒活性与它的诊断能力结合起来，创造了一个将来可能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)的单一系统。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、萨贝提实验室的哈佛大学研究生凯瑟琳·弗雷耶和萨贝提实验室的博士后卡梅隆·梅尔沃德共同领导完成。

“人类病毒病原体极其多样，甚至在一种病毒内,不断适应其环境，这突出了对灵活抗病毒平台的挑战和需要。我们的工作确立了Carver作为一种强大的、快速可编程的诊断和抗病毒技术，可用于多种病毒。”

抗病毒研究

目前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。当下只有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，包括布罗德研究所的核心成员张峰在内的研究人员，已经在哺乳动物细胞中进行了广泛的研究。

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。他们主要寻找最不可能变异的片段，以及最有可能在切割时使病毒失效的片段。

Myhrvold解释说:“理论上，你可以对Cas13编程来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。

三种病毒抗性研究

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基因和工程化的引导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。

为了丰富诊断内容，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CAVER在新的或耐药性病毒出现时迅速适应它们。”

Source:

Broad Institute of MIT and Harvard

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