«Эволюция привела к появлению некоторых из самых удивительных механизмов защиты организмов от их естественных патогенов», — говорит Хуан Карлос Изписуа Бельмонте, профессор лаборатории экспрессии генов Солка и старший автор новой работы, опубликованной 10 марта 2015 года в журнале Nature Communications. «Понимание иммунных реакций, с помощью которых бактерии защищают себя от вирусных инфекций, позволило нам разработать новые платформы для уничтожения разрушительных вирусов, таких как ВИЧ, у пациентов».Когда копия вируса ВИЧ проникает в человеческую клетку, это может вызвать хаос. Он кооптирует собственный молекулярный механизм клетки для создания копий генетического материала вируса, а затем закапывает эти копии в собственные гены клетки.
Оттуда клетка-хозяин становится фабрикой ВИЧ, создавая новые копии вируса, которые распространяются по всему телу. Существующие препараты против ВИЧ нацелены на отдельные этапы этого жизненного цикла; некоторые препятствуют интеграции вируса в ДНК клеток, например, в то время как другие пытаются помешать пораженным клеткам производить больше вируса.Проблема с этими препаратами, объясняет Синь-Кай (Кен) Ляо, научный сотрудник лаборатории Изписуа Бельмонте и первый автор новой статьи, заключается в том, что они фактически не удаляют копии вируса, скрытые внутри клеток ». ДНК. Эти копии могут оставаться бездействующими в течение многих лет, а затем снова активироваться.
«Пациенты обычно нуждаются в лекарствах каждый день или каждую неделю на протяжении всей жизни из-за латентного ВИЧ-инфекции», — говорит Ляо. «Это стоит денег, времени и усилий».Чтобы бороться с этой проблемой, Ляо и Изписуа Бельмонте обратились к системе молекулярной защиты под названием CRISPR, которую бактерии используют для разрезания чужеродной ДНК в определенных местах.
С момента его недавнего открытия ученые начали использовать CRISPR для редактирования генов. Но Ляо и Изписуа Бельмонте также были заинтригованы его защитными способностями и задались вопросом, можно ли запрограммировать CRISPR на разрезание и уничтожение вирусов внутри человеческих клеток.CRISPR использует кусочки генетического материала, называемые направляющими РНК, чтобы определять его разрезы, поэтому ученые разработали направляющие РНК, которые связываются с уникальными точками на вирусе ВИЧ.
Они добавили CRISPR, направляющие РНК и другие молекулы, необходимые для работы системы, с иммунными клетками, инфицированными ВИЧ, и обнаружили, что CRISPR успешно прорезает нужные места в генах ВИЧ, инактивируя вирус. В результате вирус был полностью удален из 72% клеток. CRISPR не только измельчал свободные копии вируса, когда они первоначально инфицировали клетку, но также разрезал ВИЧ, который был скрыт и бездействовал в ДНК клеток.
В то время как другие исследовательские группы использовали аналогичные подходы к нацеливанию CRISPR на ВИЧ, новое исследование Солка показало, что этот метод эффективен против активного полноразмерного ВИЧ, а не против укороченной неактивной версии вируса. Команда Солка также более полно проиллюстрировала, как CRISPR воздействует на ВИЧ в живых клетках человека, проверяя, что он работает как до, так и после того, как вирус будет встроен в геном.«CRISPR действительно может вырезать вирус из генома человека», — говорит Ляо.Затем Ляо и его коллеги попытались добавить систему CRISPR к человеческим клеткам до того, как они заразятся ВИЧ.
Они показали, что наличие системы предотвратило заражение — CRISPR уничтожил все копии вируса до того, как они могли начать реплицироваться.«Основное преимущество этой технологии заключается не только в том, что вирусная ДНК, интегрированная в геном человека, может быть устранена, но, возможно, что наиболее важно, в профилактическом применении», — говорит Изписуа Бельмонте. «Устраняя вирус на ранних этапах его жизненного цикла, мы можем полностью предотвратить заражение человеческих клеток аналогично тому, как работают обычные вакцины».Тем не менее, необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, как эту технологию можно использовать для лечения пациентов и будет ли ВИЧ быстро эволюционировать, чтобы избежать CRISPR.
Имея это в виду, команда изучает эффективность добавления большего количества управляющих РНК в смесь CRISPR, чтобы защита одновременно распознавала больше областей вируса. «Вирус ВИЧ может очень быстро мутировать, — говорит Ляо. «Если мы нацелены на несколько регионов одновременно, мы уменьшим вероятность того, что вирус может выработать резистентность».