除了隔離、藥物和疫苗，面對(duì)新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）引起的COVID-19大流行，我們還有什么新的應(yīng)對(duì)工具？常被稱(chēng)為“基因魔剪”的CRISPR基因編輯技術(shù)，正在展現(xiàn)重要的潛力。
近來(lái)，斯坦福大學(xué)的亓磊教授與其合作者，提出了一種基于CRISPR系統(tǒng)對(duì)抗新冠病毒的新策略。他們?nèi)涨鞍l(fā)表在前列學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》上的論文表明，這種新策略可以在實(shí)驗(yàn)中識(shí)別并瓦解人體細(xì)胞內(nèi)的新冠病毒核酸分子，起到抑制病毒復(fù)制的作用。
《細(xì)胞》以“提前公開(kāi)”的形式在線發(fā)表了尚未排版的論文全文，以便讀者盡快看到這項(xiàng)研究的具體內(nèi)容，
基因魔剪露鋒芒
近年來(lái)，CRISPR基因編輯無(wú)疑是引人關(guān)注的前沿技術(shù)之一。對(duì)于一些無(wú)藥可醫(yī)的遺傳疾病，它開(kāi)啟了全新的治療方向。而隨著新冠病毒疫情突然爆發(fā)，CRISPR在傳染病領(lǐng)域的應(yīng)用也迅速引起了很多人的興趣?；谄渚珳?zhǔn)靶向核酸序列的能力，已經(jīng)有幾支科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了快速檢測(cè)新冠病毒的技術(shù)。
藥明康德內(nèi)容團(tuán)隊(duì)制圖
亓磊教授是開(kāi)發(fā)CRISPR工具的一名先驅(qū)，他合作領(lǐng)銜的這支研究團(tuán)隊(duì)設(shè)想開(kāi)發(fā)一種新工具，利用CRISPR瞄準(zhǔn)新冠病毒進(jìn)行攻擊，找到病毒基因組并將其摧毀。
從原理上講，和所有CRISPR系統(tǒng)一樣，這套系統(tǒng)由兩部分組成：一種酶和一條給酶指路的向?qū)NA。這里用到的酶是Cas13d，當(dāng)向?qū)NA鎖定到新冠病毒基因組的特定片段，這把基因魔剪就開(kāi)始切碎病毒RNA。
掃除病毒的“吃豆人”
亓磊教授把這項(xiàng)抗病毒工具命名為PAC-MAN，與電子游戲“吃豆人”同名，全稱(chēng)是“Prophylactic Antiviral CRISPR in huMAN cells”。
“我喜歡這個(gè)電子游戲，”亓磊教授解釋說(shuō)，“吃豆人吃豆子的同時(shí)被小鬼追。當(dāng)它吃到特殊的能量豆——在我們這里就是CRISPR Cas13的設(shè)計(jì)，突然它就變得很強(qiáng)大，可以反過(guò)來(lái)把小鬼吃掉，清除整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)?！?/span>
不過(guò)，“能量豆”的設(shè)計(jì)有很大的挑戰(zhàn)。新冠病毒的基因組RNA長(zhǎng)約30000個(gè)核苷酸，而向?qū)NA只能靶向所要切割的22個(gè)核苷酸的區(qū)域。因此，為了找到較好的攻擊點(diǎn)，研究人員進(jìn)行了大量的生物信息學(xué)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)。
▲PAC-MAN靶向新冠病毒基因組和基因組產(chǎn)物進(jìn)行干擾的示意圖（圖片來(lái)源：參考資料[1]）
在對(duì)47株新冠病毒的基因組序列進(jìn)行分析后，研究人員選出了2個(gè)高度保守的區(qū)域作為攻擊目標(biāo)，一是RNA依賴(lài)的RNA聚合酶（RdRP）基因所在的區(qū)域，一是編碼核衣殼蛋白（nucleocapsid，N）的區(qū)域，這兩個(gè)蛋白質(zhì)對(duì)于新冠病毒的復(fù)制和功能必不可缺。因此，PAC-MAN可以同時(shí)起到兩種作用，“一是減少人體細(xì)胞內(nèi)病毒基因組的濃度，二是阻止病毒蛋白的生產(chǎn)。”亓磊教授說(shuō)。
把冠狀病毒一網(wǎng)打盡？
研究作者在論文中表示，目前看來(lái)新冠病毒主要影響呼吸道，因此他們以人的肺上皮細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，初步檢驗(yàn)了PAC-MAN的可行性。
在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，作者強(qiáng)調(diào)由于條件所限，他們無(wú)法用活的新冠病毒對(duì)人體細(xì)胞進(jìn)行感染，目前只用化學(xué)合成的病毒RNA片段進(jìn)行了測(cè)試。“使用冠狀病毒片段的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，我們可以靶向某些關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行干擾?！币蛔髡摺⒉┦可鶷im Abbott介紹。
作為概念驗(yàn)證，研究團(tuán)隊(duì)在另一組實(shí)驗(yàn)中，用另一種影響呼吸道的RNA病毒，流感病毒H1N1，感染肺上皮細(xì)胞。并且，針對(duì)流感病毒關(guān)鍵蛋白設(shè)計(jì)的向?qū)NA，讓PAC-MAN有效抑制了流感病毒在人體細(xì)胞中的復(fù)制。
研究作者指出，根據(jù)生物信息學(xué)的分析，篩選出的6條向?qū)NA，將可以靶向90%已知序列冠狀病毒。因此PAC-MAN可以作為一種有潛力的抗病毒方法，抑制包括新冠病毒在內(nèi)的多種病毒。
總結(jié)
不過(guò)，研究作者強(qiáng)調(diào)，盡管CRISPR技術(shù)顯示了巨大的潛力，這項(xiàng)新工具“在可以用于臨床之前，還需要克服諸多障礙”。
基因編輯領(lǐng)域的另一位華人科學(xué)家張鋒教授，日前在藥明康德舉辦的COVID-19論壇上也曾談到CRISPR技術(shù)在治療新冠病毒上的應(yīng)用。張鋒教授指出，用CRISPR技術(shù)進(jìn)行治療，遞送是一個(gè)挑戰(zhàn)，也就是怎么把酶、向?qū)NA有效且安全地送到正確的細(xì)胞里。
在這項(xiàng)研究中，亓磊教授同樣強(qiáng)調(diào)，要將這種方法應(yīng)用于臨床，找到合適的遞送方式是較大的挑戰(zhàn)，盡管有一些潛在的選項(xiàng)。他在一項(xiàng)采訪中表示，也許已經(jīng)有人找到了解決這個(gè)問(wèn)題的辦法，“這是我們?nèi)绱搜杆俚匕l(fā)表論文的原因之一”。
新的CRISPR技術(shù)是否可以發(fā)揮更大的抗病毒作用，我們拭目以待。
參考資料：
[1] Timothy R. Abbott et a., (2020) Development of CRISPR as an antiviral strategy to combat SARS-CoV-2 and influenza. Cell. DOI: 10.1016/j.cell.2020.04.020
[2] Could CRISPR Be Humanity's Next Virus Killer? Retrieved Apr. 20, 2020, from https://www.wired.com/story/could-crispr-be-the-next-virus-killer/
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