Учёные превратили фермент CRISPR в мощное оружие против вирусов

Предложенный учёными инструмент на основе CRISPR-Cas найдёт и обезвредит критически важные участки вирусной РНК.

Иллюстрация Susanna M. Hamilton, Broad Communications.

Множество наиболее распространённых и опасных вирусов, например, вирус Зика, гриппа или Эбола – это так называемые РНК-содержащие вирусы.

В настоящее время абсолютное большинство заболеваний, вызываемых такими возбудителями, не имеет клинически одобренного лечения.

В поисках решения этой проблемы учёные из исследовательского Института Броуда при Массачусетском технологическом институте (MIT) превратили фермент CRISPR в мощное оружие, запрограммированное на обнаружение и уничтожение РНК-содержащих вирусов в клетках человека.

Напомним вкратце, что аббревиатура CRISPR образована от названия clustered regularly interspaced short palindromic repeats. На русский язык его можно перевести как "короткие палиндромные повторы, расположенные группами и разделёнными регулярными промежутками".

По сути, это особые участки ДНК бактерий, "позаимствованные" у ранее нападавших на них вирусов. Эти фрагменты используются специальными ферментами Cas для распознавания и атаки вирусов в будущем. Таким образом работает противовирусный иммунитет многих микробов.

Существует несколько разновидностей Cas-белков (Cas3, Cas9 и так далее). Это своего рода "ножницы", вырезающие определённые фрагменты ДНК или РНК вируса и уничтожающие его.

О применении системы CRISPR-Cas, её невероятных возможностях и революционных инновациях в этой области авторы "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) неоднократно и подробно рассказывали ранее.

В новом эксперименте американские учёные работали с ферментом Cas13, естественной мишенью которого является вирусная РНК.

Прежде исследователи уже опробовали этот белок в качестве инструмента для "вырезания" фрагментов и редактирования РНК человека. Было также установлено, что Cas13 способен обнаруживать вирусы, бактерии и другие иммунные мишени.

Однако новое исследование является одним из первых, в котором фермент Cas13 использовался в культуре клеток человека в качестве антивируса, отмечают авторы работы.

В своём исследовании учёные совместили противовирусную активность Cas13 с его способностью "отыскивать" чужеродные агенты. Так специалисты создали единый инструмент, который назвали CARVER (аббревиатура от "Cas13-ассоциированное ограничение вирусной экспрессии и считывания"). Эту аббревиатуру также можно перевести на русский язык как "резчик".

Стоит заметить, что разработка методов борьбы с вирусами – это довольно острая проблема современной науки.

Чтобы понять, сколь сильно человечество нуждается в новых противовирусных средствах, достаточно вспомнить, что за последние 50 лет было выпущено только 90 клинически одобренных противовирусных препаратов, эффективных всего лишь против девяти заболеваний.

Кроме того, вирусы (как и бактерии) довольно быстро развивают устойчивость к медикаментам.

"Вирусы, поражающие человека, чрезвычайно разнообразны и постоянно адаптируются к окружающей среде. Для преодоления этой проблемы необходимы новые эффективные антивирусные решения. Наша работа делает CARVER мощной, быстро программируемой диагностической и лечебной антивирусной технологией, направленной против широкого спектра вирусов", – подчёркивает ведущий автор научной работы профессор Пардис Сабети (Pardis Sabeti) в пресс-релизе института.

На первом этапе разработки нового антивирусного оружия команда выбрала ряд РНК-содержащих вирусов. Затем с помощью численных расчётов учёные определили тысячи самых подходящих для атаки ферментов Cas13 участков.

Как отмечают исследователи, фермент можно запрограммировать на поиск и уничтожение самых разных фрагментов вирусного генетического материала. Cas13 относительно легко проникает в клетки, а его действие уже хорошо изучено, благодаря экспериментам на культурах клеток млекопитающих.

Но в первую очередь учёных интересовали стойкие, не подверженные изменениям участки вирусной РНК. Именно "разрезание" таких стабильных зон с наибольшей вероятностью убьёт вирус, поясняют исследователи.

Получив список потенциальных мишеней, команда запрограммировала Cas13 на поиск и "вырезание" этих последовательностей нуклеиновых кислот. Чтобы фермент направлялся точно к цели, разработчики сконструировали для Cas13 направляющую РНК.

Далее исследователи испытали активность Cas13 в культуре клеток человека. Материал был инфицирован одним из трёх РНК-содержащих вирусов: вирусом лимфоцитарного хориоменингита, вирусом гриппа A и вирусом везикулярного стоматита.

Вирусологи внедрили многообещающий фермент вместе с его направляющей РНК в клетки и через 24 часа заразили культуру клеток одним из вирусов. Спустя ещё сутки учёные обнаружили, что фермент Cas13 уменьшил количество вирусной РНК в материале почти в 40 раз.

После этого сотрудники лаборатории исследовали влияние Cas13 на инфективность оставшегося вируса. Так специалисты называют способность возбудителя инфекции внедрятся в клетки и продолжать заражать их.

Результаты анализа показали, что через восемь часов после заражения человеческих клеток Cas13 снизил "заразность" вируса гриппа более чем в 300 раз.

Прибегнув к ранее разработанной в этом же институте технологии SHERLOCK ("Вести.Наука" рассказывали об этой разработке), исследователи включили в систему и технологию обнаружения определённых нуклеиновых кислот.

В результате CARVER "научилась" быстро измерять уровень вирусных РНК в образцах клеток, став надёжным инструментом диагностики.

Создатели новой антивирусной системы, описанной в издании Molecular Cell, надеются, что их разработка станет эффективным методом изучения многих аспектов вирусной биологии.

В будущем CARVER имеет все шансы стать техникой определения разновидности вируса, его уничтожения, а также контроля эффективности применённой терапии.

Кроме того, предложенный американскими учёными механизм можно будет "настраивать" и на борьбу с устойчивыми к лекарствам вирусами.

Добавим, что ранее авторы "Вести.Наука" рассказывали о российских учёных, открывших новые CRISPR-Cas-системы, и о проблемах, связанных с применением этой технологии редактирования генов.

Будьте в курсе самых интересных научных событий, подписывайтесь на наши группы в социальных сетях: ВК, Facebook, Twitter, "Одноклассники". Есть мы и в Яндекс.Дзене.