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作者:科技工作者之家时间:2019-10-14点击数:

CRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats,成簇的规律间隔的短回文重复序列)和大肠杆菌DNA片段的示意图。


世界上许多常见的或致命的人类病原体都是RNA病毒,例如埃博拉病毒、寨卡病毒和流感病毒,而且大多数都没有食品及药物管理局(FDA)批准的治疗方法,开发新的抗病毒方法迫在眉睫。近日,美国麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的研究人员将一种CRISPR-RNA切割酶转化成了一种抗病毒药物,该药物可被编程用于检测和消灭人类细胞中的RNA病毒。相关论文于10月10日发表在《分子细胞》杂志上。

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、细菌或其他靶点的诊断手段。这项研究是首个将Cas13酶或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酶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(包括由新病毒和致命病毒引起的感染)的单一系统。该系统被称为CARVER (Cas13-Assisted Restriction of Viral Expression and Readout ,Cas13辅助的病毒表达限制和读出系统)。

“人类的病毒病原体极其多样化,即使是单一种类的病毒也在不断地适应环境。这凸显了灵活抗病毒平台的挑战和需求。” 通讯作者、哈佛大学布罗德研究所教授兼霍华德休斯医学研究所的研究员Pardis Sabeti说,“我们的CARVER系统为这些种类繁多的病毒建立了一种强大的、快速可编程的诊断和抗病毒技术。”

在这项研究中,为了探索新的抗病毒策略,研究小组将重点放在Cas13酶上,它可以自然地靶向细菌中的病毒RNA并针对特定的RNA序列进行编程,几乎没有限制,能够比较轻易地进入细胞,并且已经在哺乳动物细胞中得到了广泛的研究。

研究人员首先筛选了一系列的RNA病毒,以寻找Cas13酶可以有效靶向的病毒RNA序列,这些序列主要是那些最不容易发生突变的,以及被切断后最有可能使病毒失效的片段。Sabeti实验室的博士后Cameron Myhrvold解释说:“理论上,我们可以让Cas13酶攻击病毒的任何部分。但物种内和物种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。一不小心我们就可能会选中一个没有效果的靶点。”

通过计算,研究人员最终确定了数百种病毒中,Cas13酶的数千个潜在有效靶点,并根据这些靶点对Cas13酶进行编程,通过设计引导RNA来找出并切割这些核酸序列。

在这项研究中,研究人员测试了Cas13酶在感染了三种不同RNA病毒之一的人类细胞中的活性,包括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)。他们首先将Cas13酶和引导RNA导入细胞,并在24小时后将细胞暴露在病毒中。再过去24小时后,人类细胞中的病毒RNA水平就降低了40倍。随后,研究小组进一步探索了Cas13酶对病毒感染的影响,数据显示,在接触病毒8小时后,Cas13酶就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酶的核酸检测技术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。

“我们希望Cas13酶可以作为一种研究工具,在人类细胞中探索病毒生物学的方方面面。它也有可能成为一种临床工具,用来诊断样本,治疗病毒感染,并衡量治疗的有效性,这些能力将使CARVER在新病毒或耐药性病毒出现的时候迅速适应。” 主要作者、哈佛大学研究生Catherine Freije说。

科界原创  

编译:花花

审稿:阿淼  

责编:张梦

期刊来源:《分子细胞》

期刊编号:1097-2765

原文链接:

https://phys.org/news/2019-10-crispr-enzyme-viruses-human-cells.html

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