斯坦福團隊「基因魔剪」對抗新冠,下一次人類流行病暴發,能否利刃...

就在全球仍舊籠罩在 COVID-19 陰霾中的當下，與美麗的「逆行者們」——醫護人員類似，有一群人鏖戰在沒有喧囂的一線，在實驗室裡尋求著更多的解決方案。

其中有一項技術不得不提，那就是被譽為 「基因魔剪」 的 CRISPR。CRISPR 技術可以用於幹預細胞的遺傳活性，即改變、修復或去除基因，曾在 2014 年被《麻省理工科技評論》評為當年的 「十大突破技術」 之一。

隨著越來越多的科學家在 CRISPR 上付諸心力，這項新興技術近年來也得到迅猛發展，已經到達了新的歷史階段——科學家們正在探索利用這項技術進行疾病治療， CRISPR 領域三大上市公司CRISPR Therapeutics、Editas Medicine、Intellia Therapeutics已經在推進相關的臨床實驗，預計在今年，我們就能看到不少 CRISPR 臨床實驗數據。

圖丨 CRISPR 領域三大上市公司（來源：各自官網）

而眼下更緊迫的問題是，CRISPR 能否幫助人類抵禦新冠病毒？

這正是在美國史丹福大學，由中國學者亓（Qi）磊帶領的研究團隊希望探討的問題。

圖丨此次論文（來源：BioRxiv）

近日，亓磊所在的團隊在生物醫學預印本網站 BioRxiv 發表文章（未經同行評議）「Development of CRISPR as a prophylactic strategy to combat novel coronavirus and influenza」，介紹了他們利用 CRISPR 對抗新冠病毒研究進展。

值得一提的是，作為 CRISPR 底層技術在中國和歐盟的共同發明人，亓磊同時也是 dCas 技術、CRISPRi/a 基因調控、CRISPR-GO 基因組控制等多項技術的主要發明人，手持 20 餘項專利。因為在基因編輯、調控領域的領先工作，亓磊成為 2018 年《麻省理工科技評論》「35 歲以下科技創新 35 人」中國區的獲獎者。

那麼，這次通過基因魔剪探尋對抗新冠病毒的實驗中具體展現了怎樣的可能性？

基因魔剪鋒芒乍現

根據論文，團隊證明了這個方法具有一定的可行性：CRISPR 成功使培養皿溶液中的病毒量減少了 90％。正如文章中寫道的：「 PAC-MAN 方法可能是一種可快速部署的應對冠狀病毒的策略。」

這次實驗的主角——CRISPR 技術——全稱為 Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats，即成簇的規律間隔的短回文重複序列，與其上遊的 Cas 基因形成了在細菌中高度保守的 CRISPR/Cas 系統。

CRISPR/Cas 系統是一種存在於大多數細菌或古細菌中的一類後天獲得性免疫，當外源遺傳物質入侵時，它首先會將入侵的噬菌體或外源質粒 DNA 信息整合到自身 CRISPR 序列中，當病毒再次入侵時，該系統可識別並摧毀病毒。

針對這一特點，科學家對 CRISPR/Cas 進行改良，使其可以錨定特定序列進行基因編輯。正是由於其精準的 DNA 靶向和剪切功能，CRISPR 技術被廣泛應用於生命科學領域，至今已攪動起無數漣漪。

其中又以為人所熟知的 CRISPR/Cas9 系統最為簡單方便，主要靶向 DNA 剪切，而 Cas13 蛋白則可以鎖定特定的 RNA 序列上，對其進行切割和破壞。RNA 則正是 SARS-CoV2 的（COVID-19 的致病病毒）遺傳物質。

傳統的疫苗研發是一個疫苗針對一種病毒。很多病毒會變異，這樣相應的疫苗也會失效。而 CRISPR 系統神奇的地方在於，使用 6 個 CRISPR 嚮導 RNA，可以有效識別超過 90% 的人類已知的冠狀病毒（包括 3051 種已測序的冠狀病毒，和我們熟知的 SARS、MERS 等）。而使用傳統的疫苗，可能需要 3000 多種疫苗才能抵禦這 3051 種冠狀病毒。

（來源：Susanna M. Hamilton/Broad Communications）

在本項研究中，亓磊所帶領的團隊正是使用了 PAC-MAN 方法，即基於 CRISPR/Cas-13d 的基因編輯方法，在細胞水平上證實了 CRISPR 可以有效地降低病毒 RNA 水平及複製，其中部分 crRNAs 靶向率可達 91%。將 RNA 切碎，也正是斷了病毒的「根基」。理論上來說，這將足以阻斷疾病的進展。

「我們的 PAC-MAN 方法，有可能成為應對泛冠狀病毒引起的突發流行病快速且可行的手段」，文章中對此寫道。

但這是否意味著，CRISPR 能開啟人類利用基因武器對抗流行病毒的新時代？

仍有重重挑戰

先不要興奮，也許你已經注意到，文章中的評價還包含著 「可能」 二字，而這並非研究者的自謙。

從培養皿到臨床試驗直至最後應用，中間仍有漫漫長路。

對此，該團隊成員也承認，與其認為它是一項即將進入動物或人體實驗階段的療法，該項研究更像是一個藍圖，或者說，一個概念的驗證。

圖丨亓磊（來源：Stanford 官網）

畢竟還有太多的未知因素。

首先就是，團隊用於實驗的並非真正的 SARS-CoV2 冠狀病毒（由於沒有權限）。而這也正是來自喬治亞理工學院的 Philip Santangelo 教授的主要存疑部分。他認為想要證明可以中和病毒，就必須使用正常毒株，而非並不具有複製能力的相似物，畢竟「這些病毒複製的太快了」。

CRISPR 系統的遞送又是另一個問題——是否可以將他們送至需要治療的細胞？我們需知，新冠病毒肆虐的肺部，由於黏液和特殊性等原因，向來不是個容易靶向的器官。

另外，除了這些技術層面的困難，層層審批與臨床試驗，同樣是前路的重重阻礙。來自加州大學伯克利分校的 Fyodor Urnov 教授認為，「坦率的說，未來的 4-6 個月內，這項研究進入人體實驗階段的可能性是零」。儘管 CRISPR 風頭正盛，但目前 FDA 只批准了三項用於人體試驗的 CRISPR 項目。

對於團隊的下一步計劃，亓磊對 DeepTech 表示：「我們的期望是 CRISPR 技術能夠在最短時間內進入臨床試驗，成為抵抗新冠病毒的有用治療工具。目前還有很多動物體內潛在的冠狀病毒可能在未來某個時間點感染人類。

「將 CRISPR 工具納入抗病毒工具箱，可以大大彌補疫苗研發的不足，可以在未來大大縮短病毒感染的可能性，包括那些尚在動物體內還未感染人類的病毒。短期內，我們會測試 CRISPR 對於活體病毒的抵抗力。並且我們會結合目前成熟的分子傳遞方法，將 CRISPR 分子安全地遞送到肺部細胞以抵抗病毒」。

團隊希望在夏天結束前完成活體病毒的測試，下半年完成動物模型試驗，並在 2021 年上半年可以開展臨床試驗。

承載希望

實際上，在這次新冠暴發之前，就已經有很多機構和團體開始了 CRISPR 應對流行病的研究。

（來源：DARPA 網站）

2018 年，美國國防部高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency）開始了一項為期四年的研究項目—「Prepare」，旨在通過遺傳途徑找到未來可以使用的醫療方法，亓磊所在斯坦福的實驗室就接受了該項目基金的資助。

2019 年，亓磊的實驗室開始了一項基於 CRISPR 技術的流感對抗研究。也正是因此有了一定的基礎，使得在疫情之初，該團隊就意識到研究可能並及時地將研究方向進行了調整。

同樣對此充滿興趣的還有一些初創公司，總部位於舊金山的生物初創公司 Mammoth Biosciences 就是其中之一。他們稱已經研發了一款快速高效的 COVID-19 檢測方法，可以將數小時的檢測時間縮短為 30 分鐘。該公司由 CRISPR 研究先驅 Jennifer Doudna 博士參與創建，今年初宣布完成 4500 萬美元 B 輪融資。

（來源：Mammoth Biosciences 官網）

CRISPR 是一種嶄新的工具，缺少應用歷史和可行的證據，但並不意味著沒有用處。

正如 Urnov 教授所說，「我們正處在一個任何想法都值得去實踐追求的歷史時刻，此刻我們擁有著遠超 13 世紀可用的隔離、17 世紀的藥物、18 世紀的疫苗之外更有效的手段。」

儘管理論與實際之間或有千山阻隔，但千裡之行始於足下。也許這一次幫不上忙，但下一次或許可以利刃出鞘。

-End-

參考：

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.03.13.991307v1

https://www.wired.com/story/could-crispr-be-the-next-virus-killer/

https://www.darpa.mil/news-events/2018-05-25