Чи може CRISPR стати наступною суперзброєю проти вірусів?

Потенціал CRISPR виходить за рамки редагування генів

З моменту свого відкриття CRISPR («Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats»), який виграв 2020 р. Нобелівська премія з хімії, зробив революцію в медицині та біотехнології.

джерело: Нобелівська премія

Це пояснюється тим, що CRISPR є першим методом редагування генів, який дозволяє дуже точно націлити конкретну генетичну послідовність, дозволяючи виправляти генетичні помилки або пробірці or в природних умовах без ризику небажаних мутацій.

Це важливо, оскільки ненаправлене введення генів було пов’язане з серйозними проблемами, зокрема ризиком раку, що робить їх терапевтичне використання складним і суперечливим.

CRISPR можна використовувати кількома способами для переривання вже наявного гена, видалення певної послідовності або редагування/вставлення правильної генетичної послідовності.

джерело: CRISPR Терапевтичні засоби

Це стало медичним проривом із Схвалення FDA для першої терапії на основі CRISPR у 2023 році, Розроблений CRISPR Терапевтичні засоби (CRSP )  при генетичних захворюваннях крові (перейдіть за посиланням, щоб переглянути спеціальний звіт про CRISPR Therapeutics).

Однак, контрольоване людиною точне редагування генів – це не те, для чого CRISPR використовувався в природі. Це, перш за все, противірусний інструмент, який бактерії використовують, щоб вижити після атак вірусів.

Тож виникає питання, чи можна використовувати CRISPR таким самим чином для лікування вірусів людини. Особливо тих, з якими найважче боротися за допомогою вакцин або противірусного лікування.

Цю ідею досліджують дослідники з Ісламського університету Азад (SRBIAU) (Іран), Медичного університету Семнан (Іран), Медичного університету Шахід Бехешті (Іран), Медичного університету Шахруд (Іран) та Бергенського університету (Норвегія).

Вони опублікували свої висновки в систематичному огляді поточних досліджень у цій галузі в MDPI під назвою «Прогрес у технології CRISPR для противірусного лікування: редагування геному як потенційний засіб лікування хронічних вірусних інфекцій".

Природне походження CRISPR як вірусного захисту

Більшість бактерій постійно перебувають під загрозою з боку вірусів, що спеціалізуються на їхній атаці, які називаються бактеріофагами (дослівно «пожирачами бактерій»). Фаги працюють, приземляючись на бактерії та вводячи в них свій генетичний матеріал, щоб реплікувати більше вірусів.

джерело: Інноваційна геноміка

Кожна генетична послідовність CRISPR, знайдена в окремому бактеріальному CRISPR, походить від фрагмента ДНК бактеріофага, який раніше інфікував прокаріота або одного з його предків.

Таким чином, система CRISPR може розпізнати генетичний матеріал бактеріофага та розрізати його на частини, перш ніж він встигне розмножитися в нові вірусні частинки.

Це формує своєрідний «набутий імунітет» для бактерій проти фагових вірусів. CRISPR міститься приблизно в 50% секвенованих бактеріальних геномів.

Враховуючи поширеність систем CRISPR та їхню важливість у боротьбі з вірусними інфекціями бактерій, чи можна використовувати такий метод і для лікування вірусів у людей?

Лікування хронічних інфекцій за допомогою CRISPR

Чому саме хронічні інфекції?

Коли йдеться про вірусні інфекції, лікарі переважно занепокоєні хронічними інфекціями. Це включає такі віруси, як ВІЛ чи гепатит.

Проблема, характерна для цих захворювань, яка дозволяє їм уникати як лікування, так і імунної системи організму, полягає в тому, що вони можуть переходити в латентний стан, коли вірусний генетичний матеріал вбудований у клітину, іноді мовчачи роками.

Іноді провірус переходить у неактивний режим, який неможливо транскрибувати, що створює проблему.

Імунна система людини не тільки не може атакувати ці латентні резервуари, але й антиретровірусні препарати також не діють на ці нетранскрибовані ділянки. Деякі з цих резервуарів ВІЛ-1 можуть виживати до 60 років у CD4+ Т-клітинах.

Існує кілька способів використання технології CRISPR для боротьби з цими хронічними вірусними інфекціями.

Чи може CRISPR допомогти вилікувати ВІЛ/СНІД?

Один із варіантів — за допомогою генної інженерії створити людські клітини, яким бракує рецепторів, необхідних для дії вірусної інфекції. У випадку СНІДу/ВІЛ модифіковані імунні CD4+ Т-клітини без корецепторів CCR5 та CXCR4 стають стійкими до вірусу та можуть блокувати його проникнення.

Цей підхід, здається, працює в лабораторії, але вимагатиме ретельних досліджень на тваринах, а потім випробувань на людях, щоб визначити, чи є він достатньо ефективним та безпечним, щоб стати надійним засобом від хвороби.

Такий самий метод модифікації клітин людини розглядається для гепатиту С. CRISPR-Cas13a, спрямований на місце проникнення вірусу в клітини печінки, ефективно запобігає реплікації вірусу з надзвичайно обмеженими пошкодженнями клітин печінки, набагато меншими, ніж ті, що спричинені вірусом.

CRISPR проти сплячих інфекцій гепатиту B

Подібно до ВІЛ, вірус гепатиту В утворює латентний вірусний резервуар, використовуючи «ковалентно замкнену кільцеву ДНК» (ккцДНК) у клітинах печінки.

Дослідження на культивованих клітинах показали, що системи CRISPR, спрямовані проти консервативних послідовностей у геномі гепатиту B, можуть успішно зменшити 98% ДНК-матеріалу гепатиту B.

Боротьба з ВПЛ за допомогою CRISPR

Вірус папіломи людини, або ВПЛ, – це вірус, що передається статевим шляхом і може спричиняти передракові ураження, які згодом можуть перетворитися на рак не лише шийки матки, а й інших органів. Він також може перейти в сплячий стан.

Деякі вакцини від ВПЛ існують, але вони не охоплюють усі типи ВПЛ і не можуть допомогти при вже існуючих інфекціях.

Системи CRISPR можуть підвищувати регуляцію pRb, білка-супресора пухлини хазяїна, блокуючи ріст позитивних клітин ВПЛ та пригнічуючи їхню ракову активність.

Використання CRISPR для боротьби з вірусом Епштейна-Барр (EBV)

Вірус Епштейна-Барр, або EBV, – це вірус, який вражає імунні клітини (лімфоцити B) та викликає інфекційний мононуклеоз, а іноді може розвиватися в злоякісні пухлини, такі як лімфома Беркітта.

Тут також модифікація імунних клітин може блокувати їх еволюцію до раку, ефективно пригнічуючи найгірші наслідки вірусу Епштейна-Барр.

CRISPR проти традиційних противірусних підходів

Як ми бачили під час нещодавньої пандемії COVID, постійна проблема вакцин полягає в тому, як впливати на частину вірусу, яка є достатньо стабільною та постійною між штамами, щоб вакцина залишалася ефективною, незважаючи на швидкі мутації.

Це пояснюється тим, що віруси дуже добре модифікують свої поверхневі білки, єдині доступні для антитіл, створених вакцинами.

На відміну від цього, методи на основі CRISPR-Cas13d можуть впливати на консервативні генетичні послідовності, що кодують капсидний білок та РНК-полімеразу, необхідні для проліферації вірусу.

Зосереджуючись на цих збережених ділянках, PAC-MAN прагне забезпечити ефективність широкого спектру дії проти різних штамів вірусів і навіть проти споріднених вірусів.

Той самий метод можна було б використовувати для вірусів грипу, які ще більше схильні до постійних мутацій та уникають існуючих вакцин.

Наприклад, до 92% відомих штамів грипу А було успішно зцілено лише за допомогою шести crRNA, і подібний успіх був досягнутий із SARS-CoV-2 з використанням 22 crRNA.

Противірусна терапія CRISPR: перспективи та обмеження

Навіть якщо система CRISPR здатна адаптуватися до мутацій, це не є повністю надійною, як доводить постійна адаптація бактеріофагів до природних систем CRISPR. Тож, хоча ці методи можуть виявитися великим медичним прогресом, навряд чи вони також стануть панацеєю.

Позацільова модифікація геному людини також є ризиком, особливо з системами CRISPR-Cas9, що зрештою може спричинити мутацію або токсичність лікування. Це менше викликає занепокоєння у генній терапії смертельних генетичних захворювань без будь-якого лікування, що призвело до нещодавнього схвалення цих генних терапій.

Щодо інфекційних захворювань у більших популяціях, FDA може зайняти жорсткішу позицію та обережніший підхід, що уповільнить шлях до комерціалізації цих методів лікування.

Система доставки CRISPR у клітини хазяїна також не є тривіальною. Вірусні вектори або наночастинки можуть викликати небажані імунні реакції або впливати на інші органи, ніж ті, що потрібні.

Прогрес у CRISPR-терапії, що виник завдяки використанню інших версій, ніж Cas9 (таких як CRISPR-Cas12a), або нових векторів, які краще переносяться організмом людини, також сприятиме розвитку противірусної терапії CRISPR.

Крім того, нові методи, такі як використання Cas13, які впливають на вірусну РНК, не пошкоджуючи ДНК хазяїна, особливо підходять для швидкої реакції на РНК-віруси, такі як SARS-CoV-2.

Інвестування в інновації CRISPR

Правки

Editas була заснована Дженніфер Дудна, співвідкривателькою CRISPR-Cas9. Editas почала працювати з Cas9, але тепер зосереджена на власній версії Cas12a, яку вони розробили: AsCas12a.

Ви можете дізнатися більше про унікальні властивості Cas12a у нашій спеціальній статті «Що таке CRISPR-Cas12a2? І чому це важливо?".

джерело: Правки

Ви також можете ознайомитися з оглядом усіх компаній Дженніфер Дудна у відповідній статті «Найкращі компанії Дженніфер Дудна, на які варто звернути увагу».

Editas зосереджена на серповидно-клітинній анемії (SCD) і бета-таласемії, 2 хвороби, де він програв гонку за перше схвалення лікування конкурентам CRISPR Therapeutics і BlueBirdBio.

Загалом програма SCD (нещодавно перейменований на Рені-Селл) кілька разів відкладалося, що викликало занепокоєння серед інвесторів, і з того часу переорієнтовано на терапію in vivo, щоб відрізнити її від уже схвалених методів лікування серповидноклітинної смерті.

Тим не менш, Editas володіє значними патентами на CRISPR-Cas12, який використовувався дослідниками з Університету Нового Південного Уельсу, Австралія, розробити смужковий тест на COVID-19, що ілюструє потенціал технології, що виходить за рамки редагування генів.

Editas також підписала у 2023 році угоду з Vertex на суму 50 мільйонів доларів, згідно з якою компанія використовуватиме інтелектуальну власність Editas Cas9..

Editas зосереджується на інших версіях CRISPR, окрім «класичного» CRISPR-Cas9, і його дослідницька інтелектуальна власність може стати в пригоді для встановлення партнерств та отримання доходів без продукту, схваленого FDA, на додаток до грошової смуги, що починається у 2026 році.

Оскільки Cas12a, здається, дедалі більше доводить свою ефективність як найкращий у своєму класі метод редагування кількох генів, досвід Editas та зосередженість на розробці цього варіанту CRISPR можуть виявитися виграшною ставкою в довгостроковій перспективі.

(Більше про компанії, що використовують CRISPR, ви можете прочитати у нашій відповідній статті «Топ-5 компаній CRISPR, у які варто інвестувати".)

Останні новини та події щодо акцій Editas (EDIT)

Посилання на дослідження:

^{1. Нурі, Ф., Алібабеї, Ф., Форузанмехр, Б., Тахмасебі, Х., Оксенич, В. та Есламі, М. (2025). Прогрес у технології CRISPR для противірусного лікування: редагування геному як потенційний засіб лікування хронічних вірусних інфекцій. Мікробіологічні дослідження, 16(5), 104. https://doi.org/10.3390/microbiolres1605010}