用CRISPR技術殺死新冠病毒?《細胞》刊登斯坦福亓磊團隊最新研究

2020-11-25 騰訊網

▎藥明康德內容團隊編輯

除了隔離、藥物和疫苗，面對新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）引起的COVID-19大流行，我們還有什麼新的應對工具？常被稱為「基因魔剪」的CRISPR基因編輯技術，正在展現重要的潛力。

最近，史丹福大學的亓磊教授與其合作者，提出了一種基於CRISPR系統對抗新冠病毒的新策略。他們日前發表在頂尖學術期刊《細胞》上的論文表明，這種新策略可以在實驗中識別並瓦解人體細胞內的新冠病毒核酸分子，起到抑制病毒複製的作用。

《細胞》以「提前公開」的形式在線發表了尚未排版的論文全文，以便讀者儘快看到這項研究的具體內容，

基因魔剪露鋒芒

近年來，CRISPR基因編輯無疑是最引人關注的前沿技術之一。對於一些無藥可醫的遺傳疾病，它開啟了全新的治療方向。而隨著新冠病毒疫情突然爆發，CRISPR在傳染病領域的應用也迅速引起了很多人的興趣。基於其精確靶向核酸序列的能力，已經有幾支科研團隊開發了快速檢測新冠病毒的技術。

藥明康德內容團隊製圖

亓磊教授是開發CRISPR工具的一名先驅，他合作領銜的這支研究團隊設想開發一種新工具，利用CRISPR瞄準新冠病毒進行攻擊，找到病毒基因組並將其摧毀。

從原理上講，和所有CRISPR系統一樣，這套系統由兩部分組成：一種酶和一條給酶指路的嚮導RNA。這裡用到的酶是Cas13d，當嚮導RNA鎖定到新冠病毒基因組的特定片段，這把基因魔剪就開始切碎病毒RNA。

掃除病毒的「吃豆人」

亓磊教授把這項抗病毒工具命名為PAC-MAN，與電子遊戲「吃豆人」同名，全稱是「ProphylacticAntiviralCRISPR in huMANcells」。

「我喜歡這個電子遊戲，」亓磊教授解釋說，「吃豆人吃豆子的同時被小鬼追。當它吃到特殊的能量豆——在我們這裡就是CRISPR Cas13的設計，突然它就變得很強大，可以反過來把小鬼吃掉，清除整個戰場。」

不過，「能量豆」的設計有很大的挑戰。新冠病毒的基因組RNA長約30000個核苷酸，而嚮導RNA只能靶向所要切割的22個核苷酸的區域。因此，為了找到最佳的攻擊點，研究人員進行了大量的生物信息學計算和實驗。

▲PAC-MAN靶向新冠病毒基因組和基因組產物進行幹擾的示意圖（圖片來源：參考資料[1]）

在對47株新冠病毒的基因組序列進行分析後，研究人員選出了2個高度保守的區域作為攻擊目標，一是RNA依賴的RNA聚合酶（RdRP）基因所在的區域，一是編碼核衣殼蛋白（nucleocapsid，N）的區域，這兩個蛋白質對於新冠病毒的複製和功能必不可缺。因此，PAC-MAN可以同時起到兩種作用，「一是減少人體細胞內病毒基因組的濃度，二是阻止病毒蛋白的生產。」亓磊教授說。

把冠狀病毒一網打盡？

研究作者在論文中表示，目前看來新冠病毒主要影響呼吸道，因此他們以人的肺上皮細胞進行實驗，初步檢驗了PAC-MAN的可行性。

在這項實驗中，作者強調由於條件所限，他們無法用活的新冠病毒對人體細胞進行感染，目前只用化學合成的病毒RNA片段進行了測試。「使用冠狀病毒片段的實驗結果表明，我們可以靶向某些關鍵區域進行幹擾。」第一作者、博士生Tim Abbott介紹。

作為概念驗證，研究團隊在另一組實驗中，用另一種影響呼吸道的RNA病毒，流感病毒H1N1，感染肺上皮細胞。並且，針對流感病毒關鍵蛋白設計的嚮導RNA，讓PAC-MAN有效抑制了流感病毒在人體細胞中的複製。

研究作者指出，根據生物信息學的分析，篩選出的6條嚮導RNA，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的多種病毒。

總結

不過，研究作者強調，儘管CRISPR技術顯示了巨大的潛力，這項新工具「在可以用於臨床之前，還需要克服諸多障礙」。

基因編輯領域的另一位華人科學家張鋒教授，日前在藥明康德舉辦的COVID-19論壇上也曾談到CRISPR技術在治療新冠病毒上的應用。張鋒教授指出，用CRISPR技術進行治療，遞送是一個挑戰，也就是怎麼把酶、嚮導RNA有效且安全地送到正確的細胞裡。

在這項研究中，亓磊教授同樣強調，要將這種方法應用於臨床，找到合適的遞送方式是最大的挑戰，儘管有一些潛在的選項。他在一項採訪中表示，也許已經有人找到了解決這個問題的辦法，「這是我們如此迅速地發表論文的原因之一」。

新的CRISPR技術是否可以發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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