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，并且大多数没有FDA批准的治疗方法。麻省理工学院和哈佛大学广泛研究人员领导的一个研究小组现已将一种CRISPR RNA切割酶转变为一种抗病毒剂，可以对其进行编程，以检测和破坏人类细胞中基于RNA的病毒。
此前，研究人员已经将Cas13酶用作切割和编辑人类RNA的工具，并将其作为检测病毒，细菌或其他靶标的诊断方法。这项研究是第一个利用Cas13或任何CRISPR系统作为培养的人类细胞中的抗病毒剂的研究。
研究人员将Cas13的抗病毒活性及其诊断能力结合在一起，创建了一个单一系统，该系统有一天可以用于诊断和治疗病毒感染，包括由新兴病毒引起的感染。他们的系统称为CARVER(Cas13辅助的病毒表达和读出限制)，今天在Molecular Cell中进行了描述。
这项工作是由Broad研究机构成员，哈佛大学教授Pardis Sabeti高级作者，哈佛大学Sabeti实验室的研究生Catherine Freije和博士后的Cameron Myhrvold共同领导的。在Sabeti实验室。
霍华德·休斯医学研究所的研究员萨贝蒂说：“人类病毒病原体极其多样化，甚至可以在一种病毒中适应环境，这既强调了挑战，也需要灵活的抗病毒平台。”“我们的工作将CARVER确立为一种强大且可快速编程的诊断和抗病毒技术，可用于多种此类病毒。”
病毒消失了
迫切需要新的抗病毒方法。在过去的50年中，已经生产了90种经过临床批准的抗病毒药物，但它们只能治疗9种疾病，而病毒病原体可以迅速发展出对治疗的抵抗力。只有16种病毒具有FDA批准的疫苗。
为了探索新的抗病毒策略，研究小组将研究重点放在了天然针对细菌细菌RNA的Cas13上。该酶可被编程为靶向RNA的特定序列，几乎没有限制，相对容易进入细胞，并且已由包括Broad Institute核心成员Feng Zhang在内的研究人员在哺乳动物细胞中进行了充分研究。
该团队首先筛选了一套基于RNA的病毒，以寻找Cas13可以有效靶向的病毒RNA序列。他们主要寻找的是既不易突变，又最有可能在切割后禁用病毒的片段。
“从理论上讲，您可以对Cas13进行编程，使其几乎可以攻击病毒的任何部分，” Myhrvold解释说。“但是物种内部和物种之间存在着巨大的多样性，并且随着病毒的进化，许多基因组会迅速变化。如果您不小心，可能会追求最终没有作用的目标。”
研究人员通过计算确定了数百个病毒物种中的数千个位点，这些位点可能是Cas13的有效靶标。
三合一系统
有了一系列潜在的病毒RNA靶标，研究团队便可以对Cas13进行编程，以通过对酶的指导RNA进行改造来寻找并切割任何这些核酸序列。
研究人员通过实验测试了Cas13在感染三种不同的基于RNA的病毒之一的人类细胞中的活性：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)。他们将Cas13基因和一种工程化的引导RNA引入细胞，并在24小时后将细胞暴露于病毒。再过24小时后，Cas13酶将细胞培养物中病毒RNA的水平降低了多达40倍。
该团队进一步研究了Cas13对病毒感染性的影响-换句话说，还有多少剩余的病毒实际上可以继续感染人类细胞。数据表明，病毒暴露后八小时，Cas13将流感病毒的感染力降低了300倍以上。
为了增加诊断成分，研究人员还采用了基于Cas13的核酸检测技术SHERLOCK。所得的CARVER系统可以快速测量样品中病毒RNA的剩余水平。
“我们将Cas13设想为一种研究工具，以探索人类细胞中病毒生物学的许多方面，” Freije说。“它也可能是一种临床工具，在这些系统中，这些系统可用于诊断样本，治疗病毒感染并评估治疗的有效性，所有这些都具有快速适应CARVER来应对新药或耐药菌的能力。病毒出现。”