世界上許多最常見或致命的人類病原體都是基于RNA的病毒，例如埃博拉病毒，寨卡病毒和流感病毒，并且大多數(shù)沒有FDA批準(zhǔn)的治療方法。麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)廣泛研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組現(xiàn)已將一種CRISPR RNA切割酶轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N抗病毒劑，可以對其進(jìn)行編程，以檢測和破壞人類細(xì)胞中基于RNA的病毒。

此前，研究人員已經(jīng)將Cas13酶用作切割和編輯人類RNA的工具，并將其作為檢測病毒，細(xì)菌或其他靶標(biāo)的診斷方法。這項(xiàng)研究是第一個利用Cas13或任何CRISPR系統(tǒng)作為培養(yǎng)的人類細(xì)胞中的抗病毒劑的研究。

研究人員將Cas13的抗病毒活性及其診斷能力結(jié)合在一起，創(chuàng)建了一個單一系統(tǒng)，該系統(tǒng)有一天可以用于診斷和治療病毒感染，包括由新興病毒引起的感染。他們的系統(tǒng)稱為CARVER(Cas13輔助的病毒表達(dá)和讀出限制)，今天在Molecular Cell中進(jìn)行了描述。

這項(xiàng)工作是由Broad研究機(jī)構(gòu)成員，哈佛大學(xué)教授Pardis Sabeti高級作者，哈佛大學(xué)Sabeti實(shí)驗(yàn)室的研究生Catherine Freije和博士后的Cameron Myhrvold共同領(lǐng)導(dǎo)的。在Sabeti實(shí)驗(yàn)室。

霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所的研究員薩貝蒂說：“人類病毒病原體極其多樣化，甚至可以在一種病毒中適應(yīng)環(huán)境，這既強(qiáng)調(diào)了挑戰(zhàn)，也需要靈活的抗病毒平臺。”“我們的工作將CARVER確立為一種強(qiáng)大且可快速編程的診斷和抗病毒技術(shù)，可用于多種此類病毒。”

病毒消失了

迫切需要新的抗病毒方法。在過去的50年中，已經(jīng)生產(chǎn)了90種經(jīng)過臨床批準(zhǔn)的抗病毒藥物，但它們只能治療9種疾病，而病毒病原體可以迅速發(fā)展出對治療的抵抗力。只有16種病毒具有FDA批準(zhǔn)的疫苗。

為了探索新的抗病毒策略，研究小組將研究重點(diǎn)放在了天然針對細(xì)菌細(xì)菌RNA的Cas13上。該酶可被編程為靶向RNA的特定序列，幾乎沒有限制，相對容易進(jìn)入細(xì)胞，并且已由包括Broad Institute核心成員Feng Zhang在內(nèi)的研究人員在哺乳動物細(xì)胞中進(jìn)行了充分研究。

該團(tuán)隊(duì)首先篩選了一套基于RNA的病毒，以尋找Cas13可以有效靶向的病毒RNA序列。他們主要尋找的是既不易突變，又最有可能在切割后禁用病毒的片段。

“從理論上講，您可以對Cas13進(jìn)行編程，使其幾乎可以攻擊病毒的任何部分，” Myhrvold解釋說。“但是物種內(nèi)部和物種之間存在著巨大的多樣性，并且隨著病毒的進(jìn)化，許多基因組會迅速變化。如果您不小心，可能會追求最終沒有作用的目標(biāo)。”

研究人員通過計(jì)算確定了數(shù)百個病毒物種中的數(shù)千個位點(diǎn)，這些位點(diǎn)可能是Cas13的有效靶標(biāo)。

三合一系統(tǒng)

有了一系列潛在的病毒RNA靶標(biāo)，研究團(tuán)隊(duì)便可以對Cas13進(jìn)行編程，以通過對酶的指導(dǎo)RNA進(jìn)行改造來尋找并切割任何這些核酸序列。

研究人員通過實(shí)驗(yàn)測試了Cas13在感染三種不同的基于RNA的病毒之一的人類細(xì)胞中的活性：淋巴細(xì)胞脈絡(luò)膜腦膜炎病毒(LCMV)，甲型流感病毒(IAV)和水泡性口腔炎病毒(VSV)。他們將Cas13基因和一種工程化的引導(dǎo)RNA引入細(xì)胞，并在24小時后將細(xì)胞暴露于病毒。再過24小時后，Cas13酶將細(xì)胞培養(yǎng)物中病毒RNA的水平降低了多達(dá)40倍。

該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究了Cas13對病毒感染性的影響-換句話說，還有多少剩余的病毒實(shí)際上可以繼續(xù)感染人類細(xì)胞。數(shù)據(jù)表明，病毒暴露后八小時，Cas13將流感病毒的感染力降低了300倍以上。

為了增加診斷成分，研究人員還采用了基于Cas13的核酸檢測技術(shù)SHERLOCK。所得的CARVER系統(tǒng)可以快速測量樣品中病毒RNA的剩余水平。

“我們將Cas13設(shè)想為一種研究工具，以探索人類細(xì)胞中病毒生物學(xué)的許多方面，” Freije說。“它也可能是一種臨床工具，在這些系統(tǒng)中，這些系統(tǒng)可用于診斷樣本，治療病毒感染并評估治療的有效性，所有這些都具有快速適應(yīng)CARVER來應(yīng)對新藥或耐藥菌的能力。病毒出現(xiàn)。”