Таким способом ученым удалось снизить скорость размножения коронавируса в клетках эпителия мартышки и легких человека даже при наличии мутаций в спайк-белке. Статья опубликована в Nature Communications.
Вирус SARS-CoV-2 уже второй год распространяется в популяции и постепенно мутирует в сторону большей приспособленности к заражению человека. Он принадлежит к семейству коронавирусов, геном которых представлен в виде молекулы РНК. Жизненный цикл коронавирусов внутри клетки включает в себя копирование геномной РНК и синтез так называемых субгеномных РНК, с которых синтезируются вирусные белки.
Ученые из Университета Мельбурна под руководством Шарона Льюина (Sharon R. Lewin) предположили, что эффективной стратегией по предотвращению размножения коронавируса в клетке было бы подавление репликации вирусной РНК при помощи системы CRISPR-Cas13b. В отличие от более распространенного Cas9, белок Cas13 работает как раз на уровне РНК, специфически распознавая последовательности длиной 30 нуклеотидов при помощи вспомогательной молекулы РНК (crRNA, криспр-РНК — аналог направляющей РНК в системе CRISPR-Cas9). Ранее другая группа исследователей уже показала принципиальную возможность подавлять с помощью Cas13 в клетках репликацию РНК-вирусов на примере вируса гриппа и везикулярного стоматита.
Схема работы CRISPR-Cas13 в безвирусной системе с флуоресцентным репортерным белком, сшитым с нуклеокапсидным белком. В случае подавления репликации химерной РНК флуоресценция клеток падает
В первой серии экспериментов авторы новой работы в безвирусной системе показали, что к отдельным генам, кодирующим ключевые для иммунитета белки вируса — спайк-белок, который в первую очередь распознается защитными антителами, и нуклеокапсидный белок, который окружает вирусную РНК, — можно подобрать эффективную криспр-РНК. Эффективной она считалась, если обеспечивала подавление копирования указанных генов более чем на 75 процентов.
Так как спайк-белок быстро мутирует, обеспечивая вирусу лучшее сродство с рецепторами человека и ускользание от иммунного ответа, авторы работы задались вопросом, насколько несовпадение последовательностей криспр-РНК и вируса способно нарушить узнавание вирусной РНК системой CRISPR. Для этого они проверили набор молекул криспр-РНК с однонуклеотидными мутациями против спайк-РНК и показали, что почти в любой позиции мутации криспр-РНК не влияют на способность подавлять копирование вирусной РНК.
Схема эксперимента по заражению вирусом клеток мартышки
После проверки на безвирусной системе ученые проверили, как клетки, синтезирующие Cas13b и выбранную криспр-РНК против нуклеокапсидного белка (NCP1) способны противостоять инфекции SARS-CoV2. В эксперименте были использованы как модельные клетки эпителия мартышки, которые хорошо заражаются вирусом, так и клетки человека легочной аденокарциномы, несущие на себе рецепторы к коронавирусу. Оказалось, что в клетках человека в присутствии CRISPR через двое суток после инфекции количество вирусной РНК оставалось на базовом уровне, в то время как в контроле титр вируса вырос в 10 раз.
Падение вирусной нагрузки в клетках человека (Calu-3), синтезирующих Cas13 и криспр-РНК против нуклеокапсидного белка (NCP1), и в клетках мартышки (VERO) для "британского" штамма
На клетках мартышки ученые также проверили способность противостоять инфекции вариантом B.1.1.7 («британский» штамм, он же альфа), который считается более заразным. Они отметили значимое, хотя и далеко не такое эффективное подавление репликации вируса. Для клеток человека авторы данных не привели (возможно, потому что в этой модели вирус в целом размножался слишком медленно, или же они не увидели подавления).
Возможно, противовирусные системы типа CRISPR могут когда-нибудь стать альтернативой низкомолекулярным противовирусным препаратам (которых против линии SARS пока нет) и моноклональным антителам, связывающим вирус. Хотя пока непонятно, как их использовать на людях, для белка Cas13 уже нашлось применение в сфере диагностики — на его работе основан супербыстрый метод детекции вирусных РНК.
Автор: Дарья Спасская
Ссылка на источник
Journal information