CRISPR придушив розмноження коронавірусу в клітинах людини

Дослідники перевірили здатність системи CRISPR-Cas13, яка діє на рівні РНК, придушувати реплікацію вірусу SARS-CoV-2 в клітинах ссавців. Таким способом вченим вдалося знизити швидкість розмноження коронавірусу в клітинах епітелію мавпи і легенів людини навіть за наявності мутацій у спайк-білці. Стаття опублікована в.

Вірус SARS-CoV-2 вже другий рік поширюється в популяції і поступово мутує в бік більшої пристосованості до зараження людини. Він належить до сімейству коронавірусів, геном яких представлений у вигляді молекули РНК. Життєвий цикл коронавірусів всередині клітини включає в себе копіювання геномної РНК і синтез так званих субгеномних РНК, з яких синтезуються вірусні білки.

Вчені з Університету Мельбурна під керівництвом Шарона Льюїна (Sharon R. Lewin) припустили, що ефективною стратегією щодо запобігання розмноження коронавірусу в клітці було б придушення реплікації вірусної РНК за допомогою системи CRISPR-Cas13b. На відміну від більш поширеного Cas9, білок Cas13 працює якраз на рівні РНК, специфічно розпізнаваючи послідовності довжиною 30 нуклеотидів за допомогою допоміжної молекули РНК (crRNA, криспр-РНК - аналог направляючої РНК в системі CRISPR-Cas9). Раніше інша група дослідників вже показала принципову можливість придушувати за допомогою Cas13 в клітинах реплікацію РНК-вірусів на прикладі вірусу грипу і везикулярного стоматиту.

У першій серії експериментів автори нової роботи в безвірусній системі показали, що до окремих генів, які кодують ключові для імунітету білки вірусу - спайк-білок, який в першу чергу розпізнається захисними антитілами, і нуклеокапсидний білок, який оточує вірусну РНК, - можна підібрати ефективну криспр-РНК. Ефективною вона вважалася, якщо забезпечувала придушення копіювання зазначених генів більш ніж на 75 відсотків.

Оскільки спайк-білок швидко мутує, забезпечуючи вірусу краще споріднення з рецепторами людини і вислизання від імунної відповіді, автори роботи задалися питанням, наскільки неспівпадіння послідовностей криспр-РНК і вірусу здатне порушити впізнавання вірусної РНК системою CRISPR. Для цього вони перевірили набір молекул криспр-РНК з однонуклеотидними мутаціями проти спайк-РНК і показали, що майже в будь-якій позиції мутації криспр-РНК не впливають на здатність придушувати копіювання вірусної РНК.

Після перевірки на безвірусній системі вчені перевірили, як клітини, що синтезують Cas13b і обрану кріспр-РНК проти нуклеокапсидного білка (NCP1) здатні протистояти інфекції SARS-CoV2. В експерименті були використані як модельні клітини епітелію мавпи, які добре заражаються вірусом, так і клітини людини легеневої аденокарциноми, що несуть на собі рецептори до коронавірусу. Виявилося, що в клітинах людини в присутності CRISPR через дві доби після інфекції кількість вірусної РНК залишалася на базовому рівні, в той час як в контролі титр вірусу виріс в 10 разів.

На клітинах мавпи вчені також перевірили здатність протистояти інфекції варіантом B.1.1.7 («британський» штам, він же альфа), який вважається більш заразним. Вони відзначили значуще, хоча і далеко не таке ефективне придушення реплікації вірусу. Для клітин людини автори даних не привели (можливо, тому що в цій моделі вірус загалом розмножувався занадто повільно, або ж вони не побачили придушення).

Можливо, противірусні системи типу CRISPR можуть коли-небудь стати альтернативою низькомолекулярним противірусним препаратам (яких проти лінії SARS поки немає) і моноклональним антитілам, що зв'язують вірус. Хоча поки незрозуміло, як їх використовувати на людях, для білка Cas13 вже знайшлося застосування у сфері діагностики - на його роботі заснований супербистрий метод детекції вірусних РНК.