21 септември 2021
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Генният редактор CRISPR на основа РНК като оръжие за подтискане на коронавирусите и грипните вируси

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 26 юли 2021 в 00:09 57230

Кредит: GenEngNews

CRISPR-Cas „машината“, открита преди десетина години работи чрез свързване към специфични участъци двуверижната ДНК от генома и скъсване на двойната спирала. От тогава са идентифицирани цяло семейство Cas ензими, с които бактериите се борят срещу своите врагове - фаги и плазмиди. Установено бе, че те могат да имат за обща основа и едноверижни РНК, като специфично ги разпознават и скъсват. Насочването към специфични РНК участъци става с късо водещо „парче“ РНК-а. Такова програмирано скъсване на РНК може да се използва, за да се намали инфекцията от едноверижните фагови и вирусни РНК ин виво. Това бе показано наскоро в редица статии, регистриращи подтискане на разпространението на репликацията на коронавирусите в човешки клетки (1), (2) и в животински модели (3). Това в бъдеще може да служи като нова защита срещу COVID-19 и други инфекциозни РНК вируси.

1. Прилагане на метода върху вирусно заразени човешки белодробни клетки: PAC-MAN - Методът CRISPR приложен за предпазване от коронавируси


Фиг.1 Стратегия основана на ензима Cas13d – от семейството на CRISPR ензимите, наречена PАС-MAN (P -профилактичен, A- антивирусен, C- CRISPR ензим в MAN - човешки клетки), инхибира вируса като ефективно деградира РНК на SARS-CoV-2 и на грипния вирус influenza A (IAV) в човешки белодробни епителни клетки.

1). Конструираните водещи CRISPR РНК – crRNA, са пригодени да прицелват Cas19d към консервирани и функционално важни области от вирусната РНК.
2). С биоинфроматичен анализ се избират водещи РНК и се изследва техния ефект в рибонуклеопротеинов комплекс с Cas19d върху вирусната репликация в човешки белодробни клетки, заразени с вируса на грип и на Ковид-19
3). Възможности: Прицелване към всички коронавируси: Реагентите на PAC-MAN ще се доставят по въздушен път в белите дробове. Биоинформатично избрани шест водещи РНК - crRNA - разпознават важни участъци във вирусната РНК в инфектирани с вируса епителни клетки, и насочват Cas13b да деградира вирусните РНК. С този подход могат да се неутрализират всички коронавируси чрез унищожаване на тяхната вирусна РНК от CRISPR ензимите. С това генома на вируса е компрометиран и експресията на вируса ще е предотвратена. Вече е показано, че този подход намалява ефективно разпространението на друг РНК вирус - грипния вирус H1N1 IAV в епитепните клетки на дихателния тракт.
Фиг. 1 e по Абот и сътр. (1) DOI: 10.1016/j.cell.2020.04.020

2. Борба с мутиращи вируси

В началото на юли австралийски учени публикуваха близка по съдържание статия (2). Ензимът, Cas13b, който те използуват, пак от CRISPR семейството, e програмиран чрез специфични водещи РНКи да скъса РНК на SARS-CoV-2, като прицелването е към участъци от вирусната РНК, носещи генетичната информация необходима за репликацията на вируса. Учените намират, че методът работи и когато се въведат нови мутации във вирусния геном.

Така се премахва възможността на вируса да еволюира и да произвежда по-заразни варианти, заобикаляйки съществуващите ваксини. Иначе казано, комплексът crRNА-Cas13b не е чувствителен към мутациите във вирусната РНК и въпреки тях я скъсва в секвенциите на вирусния шип и на нуклеокапсидния белтък, и то с 98% подтискаща ефективност.

С биоинформатична опитимизация се подбира цяла група (мултиплекси) от водещи РНК - crRNA, с помощта на които ензимът Cas13b предотвратява вирусната репликация в животински клетки заразени с SARS-CoV-2, включително и на доминантния му мутант B.1.1.7 (станал първо известен като „английски мутант“, а по новата номенклатура се означава като „алфа“). Тази схема може да се приложи при разработка на антивирусно лечение на широк клас SARS-CoV-2 мутанти, а също и при други появяващи се патогенни РНК вируси.

3. Прилагане на метода върху животни заразени с грипен вирус и със SARS-CoV-2 вирус

Екипът на Филип Сантанжело от Технологическия институт в щата Джорджия и Университета Емори демонстрира възможностите на CRISPR-метода при хамстери и мишки, заразени с грипен вирус или с SARS-CoV-2 вируса (статия от юни 2021 (3)).

Водещата РНК насочва един сроден бактериален ензим - Cas13a - да се свърже с вирусната РНК в точното място на вирусния геном, да скъса вирусната РНК там и предотврати с това репликацията на вирусите в белодробните клетки.

Вместо белтъкът Cas13a да се достави в белите дробове, там се „изпраща“ (с инхалация) мРНК, кодираща този белтък. Това е същата идея, която е в основата на ваксините срещу COVID-19 на Пфайзер и Модерна.

В белодробните клетки мРНК се транслира в белтъка Cas13a. Водещите РНК, които също се доставят в белодробните клетки, насочват ензима към важни участъци от вирусната РНК – консервативни области от грипния вирус, участващи в репликацията на генома им и в инфектирането на други клетки.

Друг набор водещи мРНК насочват CRISP ензима към ключови области от SARS-CoV-2.

мРНК не влиза в клетъчното ядро, така че няма опасност от генетични промени.

С пулверизатор (инхалатор) РНК-те на водачите crRNA и мРНК на Cas13a се инхалират от вирусно заразените гризачи. Така в мишките, болни от грип, ензимът Cas13a в комплекс с специфичните водещи РНК разрушава грипната РНК в белите им дробове и животните оздравяват без никакви странични ефекти.

Същият подход спасява хамстери, инфектирани с SARS-CoV-2, като подтиска способността на вируса да се размножава в клетките на животните.

Така за първи път е показано, че мРНК може да се използва за експресия на белтъка Cas13a в жива белодробна тъкан, а не само на култивирани клетки в петри.

Тази CRISPR система може бързо да се настрои в борба срещу бъдещи нови мутанти на Ковид-19 вируса и други РНК вируси засягащи дихатгелните пътища..

Използувана литерaтура:

1)  Development of CRISPR as an antiviral strategy to combat SARS-CoV-2 and influenza. Abbott TR, Dhamdhere G, Liu Y, Lin X, Goudy L, Zeng L, Chemparathy A, Chmura S, Heaton NS, Debs R, Pande T, Endy D, La Russa MF, Lewis DB, Qi LS. Cell. 2020 May 14;181(4):865-876.e12.
2) Fareh, M., Zhao, W., Hu, W. et al. Reprogrammed CRISPR-Cas13b suppresses SARS-CoV-2 replication and circumvents its mutational escape through mismatch tolerance. Nat Commun 12, 4270 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-24577-9

3) Blanchard EL, Vanover D, Bawage SS, Tiwari PM, Rotolo L, Beyersdorf J, Peck HE, Bruno NC, Hincapie R, Michel F, Murray J, Sadhwani H, Vanderheyden B, Finn MG, Brinton MA, Lafontaine ER, Hogan RJ, Zurla C, Santangelo PJ. Treatment of influenza and SARS-CoV-2 infections via mRNA-encoded Cas13a in rodents Nat Biotechnol. 39(6):717 (2021) DOI: https://doi.org/10.1038/s41587-021-00822-w

Авторът Константин Чипев е молекулярен и клетъчен биолог от Университета Стони Брук в Ню Йорк.


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.