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用CRISPR技术杀死新冠病毒?《细胞》刊登斯坦福亓磊团队最新研究

来源:学术经纬 2020-04-21 12:36

 

除了隔离、药物和疫苗,面对新型冠状病毒(SARS-CoV-2)引起的COVID-19大流行,我们还有什么新的应对工具?常被称为“基因魔剪”的CRISPR基因编辑技术,正在展现重要的潜力。

最近,斯坦福大学的亓磊教授与其合作者,提出了一种基于CRISPR系统对抗新冠病毒的新策略。他们日前发表在顶尖学术期刊《细胞》上的论文表明,这种新策略可以在实验中识别并瓦解人体细胞内的新冠病毒核酸分子,起到抑制病毒复制的作用。

《细胞》以“提前公开”的形式在线发表了尚未排版的论文全文,以便读者尽快看到这项研究的具体内容,

基因魔剪露锋芒

近年来,CRISPR基因编辑无疑是最引人关注的前沿技术之一。对于一些无药可医的遗传疾病,它开启了全新的治疗方向。而随着新冠病毒疫情突然爆发,CRISPR在传染病领域的应用也迅速引起了很多人的兴趣。基于其精确靶向核酸序列的能力,已经有几支科研团队开发了快速检测新冠病毒的技术。

亓磊教授是开发CRISPR工具的一名先驱,他合作领衔的这支研究团队设想开发一种新工具,利用CRISPR瞄准新冠病毒进行攻击,找到病毒基因组并将其摧毁。

从原理上讲,和所有CRISPR系统一样,这套系统由两部分组成:一种酶和一条给酶指路的向导RNA。这里用到的酶是Cas13d,当向导RNA锁定到新冠病毒基因组的特定片段,这把基因魔剪就开始切碎病毒RNA。

扫除病毒的“吃豆人”

亓磊教授把这项抗病毒工具命名为PAC-MAN,与电子游戏“吃豆人”同名,全称是“Prophylactic Antiviral CRISPR in huMAN cells”。

“我喜欢这个电子游戏,”亓磊教授解释说,“吃豆人吃豆子的同时被小鬼追。当它吃到特殊的能量豆——在我们这里就是CRISPR Cas13的设计,突然它就变得很强大,可以反过来把小鬼吃掉,清除整个战场。”

不过,“能量豆”的设计有很大的挑战。新冠病毒的基因组RNA长约30000个核苷酸,而向导RNA只能靶向所要切割的22个核苷酸的区域。因此,为了找到最佳的攻击点,研究人员进行了大量的生物信息学计算和实验。

在对47株新冠病毒的基因组序列进行分析后,研究人员选出了2个高度保守的区域作为攻击目标,一是RNA依赖的RNA聚合酶(RdRP)基因所在的区域,一是编码核衣壳蛋白(nucleocapsid,N)的区域,这两个蛋白质对于新冠病毒的复制和功能必不可缺。因此,PAC-MAN可以同时起到两种作用,“一是减少人体细胞内病毒基因组的浓度,二是阻止病毒蛋白的生产。”亓磊教授说。

把冠状病毒一网打尽?

研究作者在论文中表示,目前看来新冠病毒主要影响呼吸道,因此他们以人的肺上皮细胞进行实验,初步检验了PAC-MAN的可行性。

在这项实验中,作者强调由于条件所限,他们无法用活的新冠病毒对人体细胞进行感染,目前只用化学合成的病毒RNA片段进行了测试。“使用冠状病毒片段的实验结果表明,我们可以靶向某些关键区域进行干扰。”第一作者、博士生Tim Abbott介绍。

作为概念验证,研究团队在另一组实验中,用另一种影响呼吸道的RNA病毒,流感病毒H1N1,感染肺上皮细胞。并且,针对流感病毒关键蛋白设计的向导RNA,让PAC-MAN有效抑制了流感病毒在人体细胞中的复制。

研究作者指出,根据生物信息学的分析,筛选出的6条向导RNA,将可以靶向90%已知序列冠状病毒。因此PAC-MAN可以作为一种有潜力的抗病毒方法,抑制包括新冠病毒在内的多种病毒。

总结

不过,研究作者强调,尽管CRISPR技术显示了巨大的潜力,这项新工具“在可以用于临床之前,还需要克服诸多障碍”。

基因编辑领域的另一位华人科学家张锋教授,日前在药明康德举办的COVID-19论坛上也曾谈到CRISPR技术在治疗新冠病毒上的应用。张锋教授指出,用CRISPR技术进行治疗,递送是一个挑战,也就是怎么把酶、向导RNA有效且安全地送到正确的细胞里。

在这项研究中,亓磊教授同样强调,要将这种方法应用于临床,找到合适的递送方式是最大的挑战,尽管有一些潜在的选项。他在一项采访中表示,也许已经有人找到了解决这个问题的办法,“这是我们如此迅速地发表论文的原因之一”。

新的CRISPR技术是否可以发挥更大的抗病毒作用,我们拭目以待。(生物谷Bioon.com)

 

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