來源：生物探索 


HIV將細胞自身的分子機器挪為己用來生成病毒的遺傳物質副本。

想象一下用一種藥物就可以防止人類免疫缺陷病毒（HIV）感染，治療已經感染了HIV的患者，甚至清除掉疾病晚期患者體內所有的潛伏病毒拷貝。這聽起來就像科幻小說，而來自Salk生物研究所的科學家們通過定制許多細菌利用的一種強大的防御系統(tǒng)，并訓練這一剪刀樣機器來識別HIV病毒，朝著研發(fā)出這樣的一種藥物邁近了一步。這項研究發(fā)表在3月10日的《自然通訊》（Nature Communications）雜志上。

論文的資深作者、Salk生物研究所基因表達實驗室教授Juan Carlos Izpisua Belmonte說：“進化促成了一些最令人驚訝的機制保護生物體免受自然病原體的侵襲。了解細菌借助來保護自身防止病毒感染的這一免疫反應，我們能夠設計出一些新的平臺來靶向人類患者體內的一些破壞性病毒例如HIV?！?br />
當一個HIV病毒副本潛入到人類細胞中，它可以造成巨大的破壞。它將細胞自身的分子機器挪為己用來生成病毒的遺傳物質副本，然后將這些副本埋藏于細胞自身的基因之中。從那時起，宿主細胞變成了一個HIV工廠，生成新的病毒拷貝來擴散至全身。現有的HIV藥物靶向的是這一生命周期的個別步驟；例如一些阻止了病毒整合到細胞DNA中，而另一些則試圖阻止受累細胞生成更多的病毒。

新論文的第一作者、Izpisua Belmonte實驗室研究助理Hsin-Kai (Ken) Liao說：“這些藥物都有一個問題：它們無法真正地清除隱藏在細胞DNA內的病毒拷貝。這些病毒拷貝可以多年保持休眠狀態(tài)，然后再度激活。”

Liao說：“由于HIV可以潛伏，患者通常需要終身每天或每周服藥。這耗費了金錢、時間和精力。”

為了解決這一問題，Liao和Izpisua Belmonte轉向了細菌利用來在特異位點切割外源DNA的，一種叫做CRISPR的分子防御系統(tǒng)。自從近年發(fā)現它以來，科學家們已開始利用CRISPR來編輯一些基因。而Liao和Izpisua Belmonte也被它的防御能力所吸引，想知道是否可以編程CRISPR來切割和破壞人體細胞內的病毒。

CRISPR利用了一些稱作為向導RNA(guide RNA, gRNAs)的遺傳材料片段來引導切割，因此科學家們開發(fā)出了一些與HIV病毒上獨特位點結合的向導RNA。為了讓這一系統(tǒng)能夠對HIV感染的免疫細胞起作用，他們加入了CRISPR、向導RNAs和其他一些需要的分子，發(fā)現CRISPR成功地切割了HIV基因的正確位點，失活了這一病毒。這使得高達72%的細胞完全清除了這一病毒。CRISPR不僅在病毒開始感染細胞時切斷了釋放的病毒拷貝，也切碎了隱藏潛伏在細胞DNA內的HIV。

盡管其他的一些研究小組也曾報道稱采用相似的方法讓CRISPR靶向了HIV，Salk生物研究所的新研究證實了這種方法有效對抗的是活化的、全長HIV而不是縮短的、失活的病毒版本。研究小組還以一種更完整的方式闡明了在活體人類細胞中CRISPR是如何靶向HIV，證實了它可以在病毒嵌入到基因組中之前及之后發(fā)揮作用。

Liao說：“CRISPR可以真正地從人類基因組除去這一病毒?！?br />

接下來，Liao和同事們嘗試在HIV感染之前將CRISPR系統(tǒng)添加到了人類細胞中。他們證實有了這一系統(tǒng)可以阻止HIV感染——CRISPR在HIV開始復制之前切碎了所有的病毒拷貝。

Izpisua Belmonte說：“這一技術的主要優(yōu)勢不僅在于可以除去整合到人類基因組中的病毒DNA，最重要的是它的預防應用。通過在病毒生命周期的早期階段清除它，我們可以與常規(guī)疫苗相似的作用方式來阻止人類細胞感染?！?br />
不過，仍然還需要開展更多的研究來確定如何在人類患者中利用這一技術，以及HIV是否會快速地進化來躲避CRISPR?？紤]到這一點，該研究小組正在研究將更多向導RNAs添加到CRISPR混合物中使得這種防御能夠同時識別病毒更多區(qū)域的效力。Liao說：“HIV病毒可以極快速地突變。如果我們同時靶向多個區(qū)域，我們可以降低病毒產生耐藥的機會?！?br />