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用CRISPR對(duì)抗皰疹病毒感染
點(diǎn)擊次數(shù)：253 發(fā)布時(shí)間：2016-7-2
大多數(shù)成年人都攜帶多種皰疹病毒。在zui初的急染之后，這些病毒在它們的宿主體內(nèi)建立起了終身感染，并引起唇皰疹、角膜炎、器皰疹、帶狀皰疹、傳染性單核細(xì)胞增多癥和其它疾病。一些皰疹病毒能導(dǎo)致癌癥。在感染的潛伏期，病毒能夠潛伏很長(zhǎng)一段時(shí)間，但仍然保留引起偶發(fā)性再激活的能力，這可能會(huì)導(dǎo)致疾病。6月30日在《PLOS Pathogens》發(fā)表的一項(xiàng)研究表明，用CRISPR / Cas9基因組編輯技術(shù)攻擊皰疹病毒DNA，可以抑制病毒復(fù)制，并且在某些情況下可消除病毒。
CRISPR / Cas9系統(tǒng)可靶定特定的DNA序列，并誘發(fā)雙鏈DNA的切割。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，這種切割是被標(biāo)記的，并通過(guò)稱為NHEJ的緊急修復(fù)系統(tǒng)而得以快速修復(fù)。NHEJ是有效的，但不是很準(zhǔn)確，往往導(dǎo)致修復(fù)位點(diǎn)刪除或插入一些DNA堿基。因?yàn)镈NA密碼子的讀取是每次三個(gè)堿基，因此，在關(guān)鍵區(qū)域發(fā)生這么小的變化，經(jīng)常會(huì)破壞各自基因及其蛋白產(chǎn)物的功能。
荷蘭烏得勒支大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的Robert Jan Lebbink和他的同事們推斷，CRISPR / Cas9可能靶定傳染者細(xì)胞中潛在的皰疹病毒DNA，并使其發(fā)生突變，因此可能預(yù)防皰疹病毒相關(guān)的疾病。為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，研究人員設(shè)計(jì)了特定的引導(dǎo)性(g)RNA序列，與病毒基因組的關(guān)鍵部分是互補(bǔ)的，并作為“分子地址”。這些gRNAs結(jié)合CRISPR / Cas9系統(tǒng)的“分子剪刀”部分，應(yīng)該能誘導(dǎo)特定的切割，以及隨后在皰疹病毒DNA中引發(fā)突變，所以會(huì)削弱病毒。
在他們的系統(tǒng)方法中，研究人員觀察了三個(gè)不同的皰疹病毒組成員：1型單純皰疹病毒 (HSV-1)——可引起唇皰疹和皰疹角膜炎；人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)——出生缺陷zui常見(jiàn)的病毒原因(當(dāng)病毒通過(guò)母親傳播給胎兒)；以及Epstein-Barr病毒(EBV)——造成傳染性單核細(xì)胞增多癥和多種類型的癌癥。
通過(guò)研究潛伏感染EBV的淋巴瘤細(xì)胞，研究人員表明，引入靶定特定EBV DNA序列的gRNAs，可以在靶位點(diǎn)誘導(dǎo)突變。這種突變可以消除病毒的基本功能，以及破壞病毒DNA分子。與此一致的是，研究人員報(bào)道稱，通過(guò)使用兩個(gè)不同的gRNAs靶定*的EBV基因，它們可以引起宿主細(xì)胞中超過(guò)95%的EBV基因組缺失。
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在潛伏染期間，HCMV基因組作為環(huán)狀DNA分子存在于宿主細(xì)胞的細(xì)胞核中。一旦病毒再激活后，HCMV復(fù)制進(jìn)行的很緩慢。用適當(dāng)?shù)膅RNAs時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)，CRISPR / Cas9編輯可以有效地削弱HCMV復(fù)制。然而，他們也觀察到，有逃脫的變異繞過(guò)了CRISPR / Cas9編輯，因此，他們建議，同時(shí)編輯HCMV中的多個(gè)關(guān)鍵位點(diǎn)是十分必要的，以避免抗性基因組的發(fā)展。
與HCMV相比，HSV-1繁殖的更快。當(dāng)研究人員測(cè)試各種與CRISPR / Cas9結(jié)合靶定不同的重要HSV-1基因的gRNAs時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)，它們中的許多個(gè)能夠降低病毒復(fù)制。當(dāng)他們結(jié)合其中兩個(gè)gRNAs，從而同時(shí)靶定兩個(gè)至關(guān)重要的基因時(shí)，他們能夠*抑制HSV-1復(fù)制。另一方面，在潛伏階段——即當(dāng)病毒DNA不能積極復(fù)制時(shí)，他們無(wú)法引起編輯。
研究人員總結(jié)說(shuō)：“我們觀察到，EBV被而特定地從潛伏染的腫瘤細(xì)胞中清除，HSV-1和HCMV在人類細(xì)胞中的復(fù)制被削弱。盡管CRISPR / Cas9不能指導(dǎo)休眠HSV-1的基因組工程，但是利用抗HSV-1 gRNAs能夠有效地抑制休眠HSV-1再激活后的病毒復(fù)制。我們希望，這些研究結(jié)果可能讓我們?cè)O(shè)計(jì)有效的治療策略，在潛伏染和生產(chǎn)染期間靶定人類皰疹病毒。”
之前已經(jīng)相繼有科學(xué)家嘗試用CRISPR基因編輯技術(shù)來(lái)對(duì)抗病毒。例如，2015年2月，來(lái)自軍事醫(yī)學(xué)*放射與輻射醫(yī)學(xué)院研究所、第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院、日本京都大學(xué)和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院等處的研究人員，在Nature旗下子刊《Gene Therapy》發(fā)表的一項(xiàng)研究中，探討了靶定HBV抗原（HBsAg）編碼區(qū)的CRISPR/CRISPR相關(guān)Cas9系統(tǒng)，在細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)和活體動(dòng)物體內(nèi)的效果。結(jié)果表明，CRISPR/Cas9可在體內(nèi)和體外抑制HBV復(fù)制和表達(dá)，可能是HBV感染一種新的治療策略。相關(guān)閱讀：Nature子刊：我科學(xué)家利用CRISPR破壞乙肝病毒。
2015年9月，中*遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所高彩霞研究組利用在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)（CRISPR/Cas）特異識(shí)別病毒和外源DNA的特性，將該CRISPR切割系統(tǒng)引入植物，在植物中建立了這套DNA病毒防御體系。相關(guān)閱讀：中科院學(xué)者Nature Plants利用CRISPR系統(tǒng)解析DNA病毒。
今年5月，一個(gè)由美國(guó)哈佛大學(xué)維斯生物啟發(fā)工程研究所合成生物學(xué)家James Collins博士領(lǐng)導(dǎo)的合作小組開發(fā)出一種低成本的基于試紙的快速診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠毒株特異性地檢測(cè)寨卡病毒，而且它可能很快被用來(lái)在現(xiàn)場(chǎng)篩查血液、尿液或唾液樣品。這種神奇的方法來(lái)自CRISPR技術(shù)。相關(guān)研究結(jié)果于2016年5月6日在線發(fā)表在Cell期刊上。相關(guān)閱讀：CRISPR：讓寨卡病毒無(wú)所遁形。