Учёные превратили фермент CRISPR в мощное оружие против вирусов

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, передает Day.Az со ссылкой на Вести.

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, 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.