世界上许多最常见或最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)布罗德研究所(Broad Institute of MIT)和哈佛大学(Harvard)的研究人员领导的一个研究小组，目前已将一种CRISPR rna切割酶转变成一种抗病毒药物，可以对人类细胞中基于rna的病毒进行检测和摧毁。
研究人员之前已经将Cas13酶用作切割和编辑人类RNA的工具，并作为检测病毒、细菌或其他目标的诊断方法。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的抗病毒活性和它的诊断能力结合起来，创造了一个单一的系统，这个系统有一天可能被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。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、哈佛大学研究生凯瑟琳·弗莱耶和艺术与科学研究生院博士后卡梅隆·梅尔沃德共同领导。Freije和Myhrvold都在Sabeti实验室工作。
“人类的病毒病原体极其多样化，即使是在单一种类的病毒内，它们也在不断地适应环境，这既强调了挑战，也强调了对灵活的抗病毒平台的需求，”萨贝提说，他也是霍华德休斯医学研究所的研究员。“我们的工作建立了一个强大的和快速可编程的诊断和抗病毒技术，为这些病毒的广泛品种。”
病毒走开
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。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，并且已经在哺乳动物细胞中得到了广泛的研究，包括布罗德研究所的核心成员张峰。
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。他们主要寻找的是那些最不容易发生突变的片段，以及那些被切断后最有可能使病毒失效的片段。
Myhrvold解释说:“从理论上讲，你可以通过编程让Cas13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。
一分之三系统
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。
为了增加诊断成分，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。“它也有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——所有这些都能让卡弗在新的或耐药性病毒出现时迅速适应它们。”
这项研究的部分资金由霍华德·休斯医学研究所、美国国立卫生研究院的U19AI110818基金和美国国防高级研究计划局(DARPA)的D18AC00006基金提供。
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