CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats，成簇的规律间隔的短回文重复序列）和大肠杆菌DNA片段的示意图。
世界上许多常见的或致命的人类病原体都是RNA病毒，例如埃博拉病毒、寨卡病毒和流感病毒，而且大多数都没有食品及药物管理局（FDA）批准的治疗方法，开发新的抗病毒方法迫在眉睫。近日，美国麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的研究人员将一种CRISPR-RNA切割酶转化成了一种抗病毒药物，该药物可被编程用于检测和消灭人类细胞中的RNA病毒。相关论文于10月10日发表在《分子细胞》杂志上。
研究人员之前已经将Cas13酶用作切割和编辑人类RNA的工具，并将其作为检测病毒、细菌或其他靶点的诊断手段。这项研究是首个将Cas13酶或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酶的抗病毒活性与它的诊断能力结合起来，创造了一个将来可能用于诊断和治疗病毒感染（包括由新病毒和致命病毒引起的感染）的单一系统。该系统被称为CARVER (Cas13-Assisted Restriction of Viral Expression and Readout ，Cas13辅助的病毒表达限制和读出系统)。
“人类的病毒病原体极其多样化，即使是单一种类的病毒也在不断地适应环境。这凸显了灵活抗病毒平台的挑战和需求。” 通讯作者、哈佛大学布罗德研究所教授兼霍华德休斯医学研究所的研究员Pardis Sabeti说，“我们的CARVER系统为这些种类繁多的病毒建立了一种强大的、快速可编程的诊断和抗病毒技术。”
在这项研究中，为了探索新的抗病毒策略，研究小组将重点放在Cas13酶上，它可以自然地靶向细菌中的病毒RNA并针对特定的RNA序列进行编程，几乎没有限制，能够比较轻易地进入细胞，并且已经在哺乳动物细胞中得到了广泛的研究。
研究人员首先筛选了一系列的RNA病毒，以寻找Cas13酶可以有效靶向的病毒RNA序列，这些序列主要是那些最不容易发生突变的，以及被切断后最有可能使病毒失效的片段。Sabeti实验室的博士后Cameron Myhrvold解释说：“理论上，我们可以让Cas13酶攻击病毒的任何部分。但物种内和物种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。一不小心我们就可能会选中一个没有效果的靶点。”
通过计算，研究人员最终确定了数百种病毒中，Cas13酶的数千个潜在有效靶点，并根据这些靶点对Cas13酶进行编程，通过设计引导RNA来找出并切割这些核酸序列。
在这项研究中，研究人员测试了Cas13酶在感染了三种不同RNA病毒之一的人类细胞中的活性，包括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)。他们首先将Cas13酶和引导RNA导入细胞，并在24小时后将细胞暴露在病毒中。再过去24小时后，人类细胞中的病毒RNA水平就降低了40倍。随后，研究小组进一步探索了Cas13酶对病毒感染的影响，数据显示，在接触病毒8小时后，Cas13酶就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酶的核酸检测技术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。
“我们希望Cas13酶可以作为一种研究工具，在人类细胞中探索病毒生物学的方方面面。它也有可能成为一种临床工具，用来诊断样本，治疗病毒感染，并衡量治疗的有效性，这些能力将使CARVER在新病毒或耐药性病毒出现的时候迅速适应。” 主要作者、哈佛大学研究生Catherine Freije说。
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编译：花花 审稿：阿淼 责编：张梦
期刊来源：《分子细胞》 期刊编号：1097-2765
原文链接：https://phys.org/news/2019-10-crispr-enzyme-viruses-human-cells.html
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