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基因编辑大牛张锋新力作!利用Cas13开发出新技术CARVER

2019-11-15 17:44:44
基因编辑大牛张锋新力作!利用Cas13开发出新技术CARVER

世界上许多最常见或致命的人类病原体都是RNA病毒,比如埃博拉病毒、寨卡病毒和流感病毒,并且大多数都没有美国食品药品管理局(FDA)批准的治疗方法。据外媒报道,在一项新的研究中,来自美国麻省理工学院、哈佛大学和布罗德研究所等研究机构的研究人员将一种CRISPR RNA切割酶转变为一种经编程后检测和破坏人细胞中RNA病毒的抗病毒剂。相关研究结果于2019年10月10日在线发表在Molecular Cell期刊上,论文标题为“Programmable Inhibition and Detection of RNA Viruses Using Cas13”。

人们此前已将Cas13酶用作一种切割和编辑人类RNA的工具,并且将它用作一种检测病毒、细菌或其他靶标存在的诊断试剂。这项新的研究是首批利用Cas13或任何CRISPR系统作为体外培养的人细胞中的一种抗病毒剂的研究之一。

这些研究人员将Cas13的抗病毒活性及其诊断能力结合在一起,构建出一种有朝一日可能用于诊断和治疗病毒感染的系统。他们的系统称为CARVER(Cas13-Assisted Restriction of Viral Expression and Readout)。

这项新的研究是由布罗德研究所成员Pardis Sabeti、Sabeti实验室研究生Catherine Freije和Sabeti实验室博士后研究员Cameron Myhrvold共同领导的。

Sabeti说:“人类病毒病原体极其多样化,不断地适应它们所在的环境,即便在单一病毒种类中也是如此,这既强调了所面临的挑战,也强调了开发灵活抗病毒平台的必要性。我们的研究将CARVER确立为一种强大且可快速编程的诊断和抗病毒技术,可用于各种各样的病毒。”

病毒走开

人们迫切需要新的抗病毒方法。在过去的50年中,科学家们已制造了90种经过临床认证的抗病毒药物,但是它们仅能治疗9种疾病,而且病毒病原体经过快速进化后对现有的治疗产生抵抗力。仅有16种病毒具有FDA批准的疫苗。

为了探究新的抗病毒策略,这些研究人员着重关注了天然地靶向细菌中病毒RNA的Cas13。这种酶经编程后靶向RNA的特定序列,几乎没有限制,相对容易进入细胞,并且已在哺乳动物细胞中得到了广泛的研究。

这些研究人员首先筛选了一系列RNA病毒,以寻找Cas13能够高效靶向的病毒RNA序列。他们主要寻找既不易发生突变又最有可能在切割后让病毒失效的序列片段。

Myhrvold解释说,“从理论上讲,你可以对Cas13进行编程,使得它可以攻击病毒的几乎任何部分。但是在单个病毒种类中和不同病毒种类之间均存在着巨大的多样性,并且随着病毒的进化,它的大部分基因组会迅速变化。如果你不小心,你可能会找到最终没有效果的靶标。”

这些研究人员通过计算确定了数百个病毒种类中的数千个位点,这些位点可能是Cas13的有效靶标。

三合一系统

鉴于有了一系列潜在的病毒RNA靶标,这些研究人员随后对Cas13进行编程,具体就是以对这种酶的向导RNA(gRNA)进行基因改造,让Cas13寻找并切割这些核酸序列中的任何一个。

这些研究人员通过实验手段测试了Cas13在受到三种不同的RNA病毒---淋巴细胞脉络膜脑膜炎病毒(LCMV),甲型流感病毒(IAV)和水泡性口腔炎病毒(VSV)---中的一种病毒感染的人细胞中的活性。他们将Cas13基因和经过基因改造的gRNA引入到人细胞中,并在24小时后将这些细胞暴露于病毒中。再过24小时后,Cas13酶将体外培养的人细胞中的病毒RNA水平降低了多达40倍。

这些研究人员进一步探究了Cas13对病毒感染力的影响---换句话说,剩下的病毒中还有多少实际上可以继续感染人细胞。实验数据表明在病毒暴露8小时后,Cas13将流感病毒的感染力降低了300倍以上。

为了增加诊断组分,这些研究人员还将整合了基于Cas13的核酸检测技术SHERLOCK。由此形成的CARVER系统可以快速测量样品中剩余的病毒RNA水平。

Freije说,“我们设想Cas13作为一种研究工具,以探究人细胞中病毒生物学的许多方面。它也可能是一种临床工具,可用于诊断样本、治疗病毒感染并测量治疗的有效性,所有这些都能使得CARVER快速适应并应对新的或耐药性的病毒出现。”

关于基因编辑

基因编辑(gene editing),又称基因组编辑(genome edting)或基因组工程(genome engineering),是一种新兴的比较精确的能对生物体基因组特定目标基因进行修饰的一种基因工程技术。

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