Enzyme d'ARN-coupe de CRISPR programmée pour détruire des virus en cellules humaines

Plusieurs du monde le plus courant ou de virus humains mortels sont les virus basés sur ARNs -- Ebola, Zika et grippe, par exemple -- et les la plupart n'ont aucune demande de règlement approuvée par le FDA. Une équipe aboutie par des chercheurs à l'institut grand du MIT et du Harvard a maintenant transformé une enzyme d'ARN-coupe de CRISPR en antiviral qui peut être programmé pour trouver et détruire les virus basés sur ARNs en cellules humaines.

Les chercheurs ont précédemment adapté l'enzyme Cas13 comme outil pour couper et éditer l'ARN humain et comme diagnose pour trouver la présence des virus, des bactéries, ou d'autres objectifs. Cette étude est un du premier pour armer Cas13, ou n'importe quel système de CRISPR, en tant qu'antiviral en cellules humaines cultivées.

Les chercheurs ont combiné l'activité antivirale de Cas13 avec sa capacité diagnostique pour produire un système unique au lequel on peut un jour employer diagnostiquent et traitent un viral infection, y compris des infections provoquées par les virus neufs et apparaissants. Leur système, CARVER appelé (restriction de Cas13-Assisted d'expression et de lecture virales), est décrit aujourd'hui en cellule moléculaire.

Le travail était dirigé par Co par Pardis supérieur Sabeti auteur, membre d'institut à l'institut grand et professeur à l'Université de Harvard, et le Co-premier écrit Catherine Freije, un étudiant de troisième cycle à l'Université de Harvard dans le laboratoire de Sabeti, et Cameron Myhrvold, un postdoc également dans le laboratoire de Sabeti.

Les agents pathogènes viraux humains sont extrêmement divers et continuellement s'adaptants à leur environnement, même dans une substance unique du virus, qui souligne le défi et le besoin de plates-formes antivirales flexibles. Notre travail détermine CARVER comme technologie diagnostique et antivirale puissante et rapidement programmable pour une grande variété de ces virus. »

Pardis Sabeti, chercheur de Howard Hughes Medical Institute

Begone de virus

Le besoin d'approches antivirales neuves est urgent. Pendant les dernières 50 années, 90 antiviraux cliniquement reconnus ont été produits, mais ils traitent les seulement neuf maladies -- et les agents pathogènes viraux peuvent rapidement évoluer la résistance à la demande de règlement. Seulement 16 virus ont les vaccins approuvés par le FDA.

Pour explorer des stratégies antivirales neuves, l'équipe s'est concentrée sur Cas13, qui vise naturellement l'ARN viral dans les bactéries. L'enzyme peut être programmée pour viser des séquences spécifiques d'ARN avec peu de limitations, est relativement facile à entrer dans des cellules, et a été bien étudiée en cellules mammifères par des chercheurs comprenant le membre grand Feng Zhang de faisceau d'institut.

L'équipe a examiné la première fois une suite des virus basés sur ARNs à la recherche des séquences d'ARN viral que Cas13 pourrait efficacement viser. Elles ont principalement recherché les pièces qui sont moins pour subir une mutation et très probablement, une fois coupées, pour désactiver un virus.

« Dans la théorie, vous pourriez programmer Cas13 pour attaquer pratiquement n'importe quelle partie d'un virus, » explique Myhrvold. « Mais il y a diversité énorme dans et parmi la substance, et une grande partie du génome change rapidement pendant qu'un virus évolue. Si vous ne prenez pas soin, vous pourriez aller après qu'un objectif qui n'aura éventuel aucun effet. »

Les chercheurs ont de calcul recensé des milliers de sites, dans les centaines de substances virales, qui pourraient être les objectifs efficaces pour Cas13.

Trois-dans-un le système

Avec une liste d'objectifs potentiels d'ARN viral à disposition, l'équipe pourrait alors programmer Cas13 pour chercher et couper l'un de ces séquences d'acide nucléique en concevant l'ARN du guide des enzymes.

Les chercheurs ont expérimental vérifié l'activité de Cas13 en cellules humaines infectées avec un de trois virus basés sur ARNs distincts : virus lymphocytique de choriomeningitis (LCMV), virus de la grippe A (IAV), et virus de stomatite vésiculaire (VSV). Ils ont introduit l'ARN conçu du gène Cas13 et d'un guide dans les cellules, et 24 heures plus tard, a exposé les cellules au virus. Après encore 24 heures, les enzymes Cas13 ont eu réduit le niveau de l'ARN viral dans les cultures cellulaires par le fois jusqu'à 40.

L'effet exploré encore de l'équipe Cas13 sur le pouvoir infectant de virus -- en d'autres termes, quelle quantité de virus restant pourrait réellement continuer à infecter des cellules humaines. Les caractéristiques ont indiqué que pendant huit heures après l'exposition virale, Cas13 a eu réduit le pouvoir infectant du virus de la grippe par plus le fois de 300.

Pour ajouter une composante diagnostique, les chercheurs ont également comporté la technologie SHERLOCK de dépistage d'acide nucléique de Cas13-based. Le système donnant droit de CARVER a pu rapidement mesurer les niveaux restants de l'ARN viral dans un échantillon.

« Nous envisageons Cas13 comme outil de recherches pour explorer beaucoup d'aspects de biologie virale en cellules humaines, » dit Freije. « Ce pourrait également potentiellement être un outil clinique, où ces systèmes pourraient être employés pour diagnostiquer un échantillon, pour traiter un viral infection, et pour mesurer l'efficacité de la demande de règlement -- tous avec la capacité d'adapter CARVER rapidement pour avoir affaire avec les virus neufs ou résistant à la drogue comme ils apparaissent. »