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张锋再发新作,Cas13成功杀死人体多种RNA病毒

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CRISPR全称是Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats(成簇的规律间隔的短回文重复序列),而Cas的全称是CRISPR associated(CRISPR关联),简称为CRISPR/Cas系统。CRISPR/Cas这项技术自从问世以来,已经吸引了无数欢呼和掌声,在短短两三年之内,它已经成为了生物科学领域最炙手可热的研究工具,但其实CRISPR/Cas系统早就存在自然界中了。CRISPR/Cas系统为细菌与古细菌中抵御外源病毒和质粒DNA入侵的获得性免疫机制系统。作为一种新型的基因组编辑技术,具有设计简单、特异性强、效率高等优点。在2013年2月15日,张锋等人将CRISPR/Cas9系统成功应用于哺乳动物和人类细胞的基因编辑,此后迅速成为人类生物学、农业和微生物学等领域最流行的基因编辑工具。CRISPR/Cas系统可以分为两类:第一类系统的核酸酶由多个亚基组成;第二类系统特别受关注,其核酸酶由单一的蛋白组成,包括基于Cas9、Cas12和Cas13效应蛋白的II、V和VI型。

近日,麻省理工学院和哈佛大学Broad研究所的Pardis C. Sabeti、张锋等人在一项新的研究中将一种CRISPR RNA切割酶转变为一种经编程后检测和破坏人细胞中RNA病毒的抗病毒剂。相关研究结果于2019年10月10日在线发表在Molecular Cell期刊上,文章题目为“Programmable Inhibition and Detection of RNA Viruses Using Cas13”。

研究中通过计算,在数百种人类可能感染的ssRNA病毒物种中,识别出数千个潜在的Cas13 crRNA 靶点。

(图形摘要)

研究人员将Cas13的抗病毒活性与其诊断能力结合起来,建立了一个强大、快速且可编程的诊断和抗病毒系统,命名为CARVER(Cas13辅助的病毒表达和读出限制),以检测和消灭人类细胞中基于RNA的病。研究中分别测试了Cas13对淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒(LCMV)、甲型流感病毒(IAV)和水泡性口炎病毒(VSV)三种不同RNA病毒的人类细胞中的活性。研究人员将Cas13基因片段和一种工程化的引导RNA导入细胞,24小时后,将细胞暴露在病毒中。再过24小时后,Cas13酶使细胞培养中的病毒RNA水平降低了多达40倍。

(cas13有效降低哺乳动物细胞中病毒RNA的水平)

研究小组进一步研究了Cas13对病毒感染性的影响。数据表明,在病毒暴露8小时后,Cas13将流感病毒的传染性降低了300多倍。

为了增加诊断需求,研究人员还采用了基于Cas13的核酸检测技术SHERLOCK。这个三合一的CARVER系统可以快速测量样品中病毒RNA的剩余水平。

此次研究能够迅速开发针对各种已知和新发现的人类病原体的抗病毒药物,对传染病的诊断和治疗具有重大意义。

参考文献:Programmable Inhibition and Detection of RNA Viruses Using Cas13


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