Система CRISPR-Cas способна редактировать ДНК и РНК in situ в живых организмах и в качестве противовирусного агента может специфически идентифицировать и нацеливать последовательности нуклеиновых кислот, происходящие от патогена.

Потенциал использования этой технологии манипуляции с генами в качестве ингибитора или профилактики SARS-CoV-2 исследуется в обзоре, недавно загруженном в журнал Experimental Biology and Medicine (25 апреля ^-е ]2021) Арнаб Банерджи и его коллеги.

Системы CRISPR-Cas были разработаны для множества конкретных целей и разделены на несколько классов и типов. Системы класса 1 используют несколько белков Cas, которые образуют комплекс, в то время как системы класса 2 основаны на одном белке Cas, и каждый класс состоит из трех типов, разделенных на 19 подтипов.

Большинство терапевтических средств CRISPR сосредоточено на исправлении генетических аномалий, хотя новый класс противовирусных препаратов, основанный на разрушении вирусной мРНК, вызывает все больший интерес.

Cas9 и Cas 12

Cas9 обычно нацелен на двухцепочечную ДНК (дцДНК), хотя ранее с ним манипулировали для нацеливания на эндогенную информационную РНК (мРНК), и, следовательно, он способен влиять на экспрессию генов-мишеней.

Следовательно, он также потенциально может быть использован для контроля вирусной РНК или мРНК фактора хозяина. Cas9 требует трансактивации CRISPR РНК (crRNA) в дополнение к crRNA для успешного нацеливания последовательности нуклеиновой кислоты. Cas12a (ранее Cpf1) нацелен на одноцепочечную ДНК (оцДНК), и для этого требуется только крРНК.

После связывания со своей мишенью он остается там, расщепляя другие комплементарные одноцепочечные нуклеиновые кислоты в процессе, называемом коллатеральным расщеплением, и поэтому, вероятно, станет более эффективным ингибитором вирусной РНК.

Многие человеческие белки-хозяева были задействованы в качестве белков-факторов хозяина SARS-CoV-2, управляемых циклом репликации.

Их нарушение может снизить патогенность вируса, хотя результирующее влияние на хозяина потребует тщательного мониторинга, а такие системы еще не тестировались в лаборатории. Однако идентификация таких сайтов была достигнута этим методом.

Cas13

Cas13 способен воздействовать только на одноцепочечную РНК, поскольку ранее его использовали для специфического расщепления вирусной ssRNA, комплементарной его crRNA. Ферменты, связанные с Cas13, также позволяют манипулировать РНК-мишенью, эффективно как против транскрипционной, так и связанной со сплайсингом РНК. Как и Cas12, Cas13 остается связанным с последовательностью-мишенью, оказавшись там, и участвует в коллатеральном расщеплении. Таким образом, каталитически мертвые мутанты Cas13 также могут использоваться в диагностике: для оценки репликации, локализации и эволюции вируса с помощью геномного мечения

.

Исследовательская группа из Стэнфордского университета недавно применила Cas13 для нокдауна РНК SARS-CoV-2, предположив, что эта технология может подавлять инфекции.

Профилактическое противовирусное средство CRISPR в клетках человека (PAC-MAN) также использовалось в лаборатории против гриппа A и H1N1.

Белок Cas13 ингибирует репликацию вируса путем разрушения РНК, высвобождаемой в клетку после инфицирования, и в идеале должен нацеливаться на значительную, консервативную и обычную последовательность РНК.

Некоторые области генома SARS-CoV-2 были идентифицированы как подходящие мишени для PAC-MAN и, вероятно, включают те, которые относятся к белку шипа и нуклеокапсиду.

Проблемы и перспективы на будущее

In vivo Исследования CRISPR относительно редки, и поэтому клинический потенциал терапевтических систем CRISPR плохо изучен.

Кроме того, некоторые ранние сообщения о противовирусных препаратах CRISPR указывают на то, что они могут спровоцировать развитие ускользающих мутантов, производящих больше патогенных штаммов. Однако включение нескольких мишеней CRISPR в геном патогена облегчило эту проблему в последние годы, хотя проблемы, связанные с доставкой систем CRISPR в ткани и клетки до раннего выведения, остаются проблемой.

Системы доставки наночастиц могут быть решением, значительно улучшающим растворимость, свойства биораспределения и время удерживания in vivo .

Несколько групп добились успеха во внедрении систем CRISPR-Cas в липидные или полимерные наночастицы, с использованием дополнительных активных систем нацеливания лиганд-рецептор и запускаемых механизмов высвобождения для высвобождения полезной нагрузки CRISPR в цитоплазму предполагаемых клеток.

Специфично для SARS-CoV-2 и других инфекций верхних дыхательных путей, назальные спреи или небулайзеры могут подавать соответствующую и значимую дозу в наиболее сильно инфицированную область. Однако этого еще предстоит увидеть.