Muchos de los patógenos humanos más comunes o mortales del mundo son virus basados en ARN, por ejemplo, el Ébola, el Zika y la gripe, y la mayoría no tienen tratamientos aprobados por la FDA. Un equipo dirigido por investigadores del Broad Institute of MIT yHarvard ahora ha convertido una enzima de corte de ARN CRISPR en un antiviral que puede programarse para detectar y destruir virus basados en ARN en células humanas.
Los investigadores han adaptado previamente la enzima Cas13 como una herramienta para cortar y editar ARN humano y como un diagnóstico para detectar la presencia de virus, bacterias u otros objetivos. Este estudio es uno de los primeros en aprovechar Cas13 o cualquier sistema CRISPR, como antiviral en células humanas cultivadas.
Los investigadores combinaron la actividad antiviral de Cas13 con su capacidad de diagnóstico para crear un sistema único que algún día podría usarse para diagnosticar y tratar una infección viral, incluidas las infecciones causadas por virus nuevos y emergentes. Su sistema, llamado CARVER asistido por Cas13Restricción de expresión y lectura viral, se describe hoy en célula molecular .
El trabajo fue codirigido por el autor principal Pardis Sabeti, miembro del instituto en el Broad Institute y profesor en la Universidad de Harvard, y los coprimeros autores Catherine Freije, una estudiante graduada en la Universidad de Harvard en el laboratorio de Sabeti, y Cameron Myhrvold, unpostdoc también en el laboratorio Sabeti.
"Los patógenos virales humanos son extremadamente diversos y se adaptan constantemente a su entorno, incluso dentro de una sola especie de virus, lo que subraya el desafío y la necesidad de plataformas antivirales flexibles", dice Sabeti, quien también es investigador del Instituto Médico Howard Hughes."Nuestro trabajo establece a CARVER como una tecnología de diagnóstico y antiviral potente y rápidamente programable para una amplia variedad de estos virus".
Virus desaparecido
La necesidad de nuevos enfoques antivirales es urgente. En los últimos 50 años, se han producido 90 medicamentos antivirales clínicamente aprobados, pero solo tratan nueve enfermedades, y los patógenos virales pueden desarrollar rápidamente resistencia al tratamiento. Solo 16 virus tienen FDA-vacunas aprobadas
Para explorar nuevas estrategias antivirales, el equipo se centró en Cas13, que se dirige naturalmente al ARN viral en las bacterias. La enzima se puede programar para atacar secuencias específicas de ARN con pocas limitaciones, es relativamente fácil ingresar a las células y ha sido bien-estudiado en células de mamíferos por investigadores que incluyen al miembro principal de Broad Institute, Feng Zhang.
El equipo primero examinó un conjunto de virus basados en ARN en busca de secuencias de ARN virales a las que Cas13 podría apuntar de manera eficiente. Principalmente buscaron piezas que tienen menos probabilidades de mutar y más probables, cuando se cortan, de desactivar un virus.
"En teoría, podría programar Cas13 para atacar prácticamente cualquier parte de un virus", explica Myhrvold. "Pero hay una gran diversidad dentro y entre las especies, y gran parte del genoma cambia rápidamente a medida que un virus evoluciona. Si nocuidado, podrías ir tras un objetivo que finalmente no tendrá efecto "
Los investigadores identificaron computacionalmente miles de sitios, en cientos de especies virales, que podrían ser objetivos efectivos para Cas13.
sistema tres en uno
Con una lista de posibles objetivos de ARN viral en la mano, el equipo podría programar Cas13 para buscar y cortar cualquiera de estas secuencias de ácido nucleico mediante la ingeniería de la guía de la enzima ARN.
Los investigadores probaron experimentalmente la actividad de Cas13 en células humanas infectadas con uno de los tres virus distintos basados en ARN: el virus de la coriomeningitis linfocítica LCMV, el virus de la influenza A IAV y el virus de la estomatitis vesicular VSV. Introdujeron el gen Cas13 yUna guía de ingeniería de ARN dentro de las células, y 24 horas después, expuso las células al virus. Después de otras 24 horas, las enzimas Cas13 habían reducido el nivel de ARN viral en los cultivos celulares hasta 40 veces.
El equipo exploró aún más el efecto de Cas13 sobre la infectividad del virus; en otras palabras, cuánto del virus restante podría continuar infectando las células humanas. Los datos indicaron que ocho horas después de la exposición viral, Cas13 había reducido la infectividad del virus de la gripeen más de 300 veces.
Para agregar un componente de diagnóstico, los investigadores también incorporaron la tecnología de detección de ácido nucleico basada en Cas13 SHERLOCK. El sistema CARVER resultante podría medir rápidamente los niveles restantes de ARN viral en una muestra.
"Visualizamos Cas13 como una herramienta de investigación para explorar muchos aspectos de la biología viral en las células humanas", dice Freije. "También podría ser una herramienta clínica, donde estos sistemas podrían usarse para diagnosticar una muestra, tratar una infección viraly mida la efectividad del tratamiento, todo con la capacidad de adaptar CARVER rápidamente para lidiar con virus nuevos o resistentes a los medicamentos a medida que emergen ".
La financiación para este estudio fue proporcionada en parte por el Instituto Médico Howard Hughes, la subvención NIH U19AI110818 de NIH y la subvención D18AC00006 de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa DARPA.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Amplio del MIT y Harvard . Original escrito por Karen Zusi. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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