Nature子刊：用CRISPR技術(shù)根除艾滋病毒

來源：生物探索 


HIV將細(xì)胞自身的分子機(jī)器挪為己用來生成病毒的遺傳物質(zhì)副本。

想象一下用一種藥物就可以防止人類免疫缺陷病毒（HIV）感染，治療已經(jīng)感染了HIV的患者，甚至清除掉疾病晚期患者體內(nèi)所有的潛伏病毒拷貝。這聽起來就像科幻小說，而來自Salk生物研究所的科學(xué)家們通過定制許多細(xì)菌利用的一種強(qiáng)大的防御系統(tǒng)，并訓(xùn)練這一剪刀樣機(jī)器來識(shí)別HIV病毒，朝著研發(fā)出這樣的一種藥物邁近了一步。這項(xiàng)研究發(fā)表在3月10日的《自然通訊》（Nature Communications）雜志上。

論文的資深作者、Salk生物研究所基因表達(dá)實(shí)驗(yàn)室教授Juan Carlos Izpisua Belmonte說：“進(jìn)化促成了一些最令人驚訝的機(jī)制保護(hù)生物體免受自然病原體的侵襲。了解細(xì)菌借助來保護(hù)自身防止病毒感染的這一免疫反應(yīng)，我們能夠設(shè)計(jì)出一些新的平臺(tái)來靶向人類患者體內(nèi)的一些破壞性病毒例如HIV?！?br />
當(dāng)一個(gè)HIV病毒副本潛入到人類細(xì)胞中，它可以造成巨大的破壞。它將細(xì)胞自身的分子機(jī)器挪為己用來生成病毒的遺傳物質(zhì)副本，然后將這些副本埋藏于細(xì)胞自身的基因之中。從那時(shí)起，宿主細(xì)胞變成了一個(gè)HIV工廠，生成新的病毒拷貝來擴(kuò)散至全身?，F(xiàn)有的HIV藥物靶向的是這一生命周期的個(gè)別步驟；例如一些阻止了病毒整合到細(xì)胞DNA中，而另一些則試圖阻止受累細(xì)胞生成更多的病毒。

新論文的第一作者、Izpisua Belmonte實(shí)驗(yàn)室研究助理Hsin-Kai (Ken) Liao說：“這些藥物都有一個(gè)問題：它們無法真正地清除隱藏在細(xì)胞DNA內(nèi)的病毒拷貝。這些病毒拷貝可以多年保持休眠狀態(tài)，然后再度激活?！?br />
Liao說：“由于HIV可以潛伏，患者通常需要終身每天或每周服藥。這耗費(fèi)了金錢、時(shí)間和精力?！?br />
為了解決這一問題，Liao和Izpisua Belmonte轉(zhuǎn)向了細(xì)菌利用來在特異位點(diǎn)切割外源DNA的，一種叫做CRISPR的分子防御系統(tǒng)。自從近年發(fā)現(xiàn)它以來，科學(xué)家們已開始利用CRISPR來編輯一些基因。而Liao和Izpisua Belmonte也被它的防御能力所吸引，想知道是否可以編程CRISPR來切割和破壞人體細(xì)胞內(nèi)的病毒。

CRISPR利用了一些稱作為向?qū)NA(guide RNA, gRNAs)的遺傳材料片段來引導(dǎo)切割，因此科學(xué)家們開發(fā)出了一些與HIV病毒上獨(dú)特位點(diǎn)結(jié)合的向?qū)NA。為了讓這一系統(tǒng)能夠?qū)IV感染的免疫細(xì)胞起作用，他們加入了CRISPR、向?qū)NAs和其他一些需要的分子，發(fā)現(xiàn)CRISPR成功地切割了HIV基因的正確位點(diǎn)，失活了這一病毒。這使得高達(dá)72%的細(xì)胞完全清除了這一病毒。CRISPR不僅在病毒開始感染細(xì)胞時(shí)切斷了釋放的病毒拷貝，也切碎了隱藏潛伏在細(xì)胞DNA內(nèi)的HIV。

盡管其他的一些研究小組也曾報(bào)道稱采用相似的方法讓CRISPR靶向了HIV，Salk生物研究所的新研究證實(shí)了這種方法有效對(duì)抗的是活化的、全長(zhǎng)HIV而不是縮短的、失活的病毒版本。研究小組還以一種更完整的方式闡明了在活體人類細(xì)胞中CRISPR是如何靶向HIV，證實(shí)了它可以在病毒嵌入到基因組中之前及之后發(fā)揮作用。

Liao說：“CRISPR可以真正地從人類基因組除去這一病毒?！?br />

接下來，Liao和同事們嘗試在HIV感染之前將CRISPR系統(tǒng)添加到了人類細(xì)胞中。他們證實(shí)有了這一系統(tǒng)可以阻止HIV感染——CRISPR在HIV開始復(fù)制之前切碎了所有的病毒拷貝。

Izpisua Belmonte說：“這一技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)不僅在于可以除去整合到人類基因組中的病毒DNA，最重要的是它的預(yù)防應(yīng)用。通過在病毒生命周期的早期階段清除它，我們可以與常規(guī)疫苗相似的作用方式來阻止人類細(xì)胞感染。”

不過，仍然還需要開展更多的研究來確定如何在人類患者中利用這一技術(shù)，以及HIV是否會(huì)快速地進(jìn)化來躲避CRISPR?？紤]到這一點(diǎn)，該研究小組正在研究將更多向?qū)NAs添加到CRISPR混合物中使得這種防御能夠同時(shí)識(shí)別病毒更多區(qū)域的效力。Liao說：“HIV病毒可以極快速地突變。如果我們同時(shí)靶向多個(gè)區(qū)域，我們可以降低病毒產(chǎn)生耐藥的機(jī)會(huì)?！?br />