Ученые разработали метод борьбы с одноцепочечными РНК-вирусами с помощью системы CRISPR/Cas13. Они обнаружили, что система успешно атакует консервативные последовательности в вирусном геноме вне зависимости от его размера и организации, и применили ее против вирусов лимфоцитарного хориоменингита, везикулярного стоматита и вируса гриппа типа А. Количество вирусной РНК в клеточных культурах при этом упало в десятки раз. Исследование опубликовано в журнале Molecular Cell.
Система CRISPR/Cas9 уже неоднократно показала себя в деле редактирования ДНК разных организмов. Но помимо исправления мутаций в собственных генах организма, ее можно использовать и для борьбы с чужеродными, вирусными генами. Тем не менее, около двух третей всех вирусов, атакующих человека, состоят из одной-единственной цепи РНК, которая размножается сама по себе, без ДНК-посредника. Против такого противника CRISPR/Cas9 бессильна.
Катерина Фрейе (Catherine Freije) с коллегами из Массачусетского технологического института и Гарварда решили воспользоваться другим бактериальным ферментом — Cas13, который способен вносить разрывы в нить РНК. Свою систему ученые назвали CARVER (Cas13-assisted restriction of viral expression and readout, «Ограничение размножения и передачи информации у вирусов с помощью Cas13»).
Для начала они просканировали геномы более 350 РНК-вирусов в поисках последовательностей, на которые было бы «удобно» сесть ферменту Cas13. В геноме 95 процентов вирусов они нашли не менее 10 таких участков. Для отработки метода исследователи взяли три вируса с разной структурой генома и жизненным циклом: вирусы гриппа типа А, лимфоцитарного хориоменингита и везикулярного стоматита. Для каждого из них ученые создали набор CRISPR-РНК, которые, подобно гидовым РНК в системе CRISPR/Cas9, должны были указать «молекулярным ножницам» на мишень для разрушения.
Цикл вируса хориоменингита полностью проходит в цитоплазме, его РНК не заходит в ядро клетки. 5 из 6 тестовых CRISPR-РНК вместе с Cas13 сократили количество вирусной РНК в зараженных клетках в 2-14 раз.
Вирус гриппа типа А размножается в ядре, а считывание информации с его РНК происходит в цитоплазме. Тем не менее, метод снова оказался успешным: ученым удалось сократить его концентрацию в 7-22 раза. В случае с вирусом везикулярного стоматита количество вирусной РНК снизилось в 7-43 раза.
Исследователи сравнили эффект разных CRISPR-РНК и обнаружили, что лучше всего работают те, которые нацелены на консервативные последовательности в геноме вирусов, то есть те, которые общие у разных линий вирусов. Ученые предположили, что атака CRISPR/Cas13 может ускорить их эволюцию. Они выделили вирусную РНК из клеток, в которых работали «молекулярные ножницы», но не обнаружили накопления мутаций в этих консервативных областях.
Авторы работы считают, что их метод работает эффективно и не вызывает устойчивости у вирусов-мишеней. И несмотря на то, что технологии генетического редактирования in vivo пока только тестируются, исследователи рассчитывают, что однажды их метод может если не заменить, то работать наравне с вакцинацией, особенно в тех случаях, когда противовирусных препаратов не существует, как это часто бывает с РНК-содержащими одноцепочечными вирусами.
Раньше ученые уже использовали систему CRISPR/Cas9 для того, чтобы очистить геном от других вирусов: например, клетки человека избавили от герпесвирусов, а организм мышей — от ВИЧ. Есть и другие проекты, например, удалять вирусы из генома свиней, чтобы использовать их органы для ксенотрансплантации.
Полина Лосева