用CRISPR对抗疱疹病毒感染

　　

生物通报道：大多数成年人都携带多种疱疹病毒。在最初的急性感染之后，这些病毒在它们的宿主体内建立起了终身感染，并引起唇疱疹、角膜炎、生殖器疱疹、带状疱疹、传染性单核细胞增多症和其它疾病。一些疱疹病毒能导致癌症。在感染的潜伏期，病毒能够潜伏很长一段时间，但仍然保留引起偶发性再激活的能力，这可能会导致疾病。6月30日在《PLOS Pathogens》发表的一项研究表明，用CRISPR / Cas9基因组编辑技术攻击疱疹病毒DNA，可以抑制病毒复制，并且在某些情况下可消除病毒。

CRISPR / Cas9系统可靶定特定的DNA序列，并诱发双链DNA的精确切割。在哺乳动物细胞中，这种切割是被标记的，并通过称为NHEJ的紧急修复系统而得以快速修复。NHEJ是有效的，但不是很准确，往往导致修复位点删除或插入一些DNA碱基。因为DNA密码子的读取是每次三个碱基，因此，在关键区域发生这么小的变化，经常会破坏各自基因及其蛋白产物的功能。

荷兰乌得勒支大学医学中心的Robert Jan Lebbink和他的同事们推断，CRISPR / Cas9可能靶定传染者细胞中潜在的疱疹病毒DNA，并使其发生突变，因此可能预防疱疹病毒相关的疾病。为了验证这一点，研究人员设计了特定的引导性(g)RNA序列，与病毒基因组的关键部分是互补的，并作为“分子地址”。这些gRNAs结合CRISPR / Cas9系统的“分子剪刀”部分，应该能诱导特定的切割，以及随后在疱疹病毒DNA中引发突变，所以会削弱病毒。

在他们的系统方法中，研究人员观察了三个不同的疱疹病毒组成员：1型单纯疱疹病毒 (HSV-1)——可引起唇疱疹和疱疹角膜炎；人类巨细胞病毒(HCMV)——出生缺陷最常见的病毒原因(当病毒通过母亲传播给胎儿)；以及Epstein-Barr病毒(EBV)——造成传染性单核细胞增多症和多种类型的癌症。

通过研究潜伏感染EBV的淋巴瘤细胞，研究人员表明，引入靶定特定EBV DNA序列的gRNAs，可以在靶位点诱导突变。这种突变可以消除病毒的基本功能，以及破坏病毒DNA分子。与此一致的是，研究人员报道称，通过使用两个不同的gRNAs靶定必不可少的EBV基因，它们可以引起宿主细胞中超过95%的EBV基因组缺失。

在潜伏性感染期间，HCMV基因组作为环状DNA分子存在于宿主细胞的细胞核中。一旦病毒再激活后，HCMV复制进行的很缓慢。用适当的gRNAs时，研究人员发现，CRISPR / Cas9编辑可以有效地削弱HCMV复制。然而，他们也观察到，有逃脱的变异绕过了CRISPR / Cas9编辑，因此，他们建议，同时编辑HCMV中的多个关键位点是十分必要的，以避免抗性基因组的发展。

与HCMV相比，HSV-1繁殖的更快。当研究人员测试各种与CRISPR / Cas9结合靶定不同的重要HSV-1基因的gRNAs时，他们发现，它们中的许多个能够降低病毒复制。当他们结合其中两个gRNAs，从而同时靶定两个至关重要的基因时，他们能够完全抑制HSV-1复制。另一方面，在潜伏阶段——即当病毒DNA不能积极复制时，他们无法引起编辑。

研究人员总结说：“我们观察到，EBV被高效而特定地从潜伏性感染的肿瘤细胞中清除，HSV-1和HCMV在人类细胞中的复制被削弱。尽管CRISPR / Cas9不能指导休眠HSV-1的基因组工程，但是利用抗HSV-1 gRNAs能够有效地抑制休眠HSV-1再激活后的病毒复制。我们希望，这些研究结果可能让我们设计有效的治疗策略，在潜伏性感染和生产性感染期间靶定人类疱疹病毒。”

之前已经相继有科学家尝试用CRISPR基因编辑技术来对抗病毒。例如，2015年2月，来自军事医学科学院放射与辐射医学院研究所、第四军医大学西京医院、日本京都大学和华中农业大学兽医学院等处的研究人员，在Nature旗下子刊《Gene Therapy》发表的一项研究中，探讨了靶定HBV抗原（HBsAg）编码区的CRISPR/CRISPR相关Cas9系统，在细胞培养系统和活体动物体内的效果。结果表明，CRISPR/Cas9可在体内和体外抑制HBV复制和表达，可能是HBV感染一种新的治疗策略。相关阅读：Nature子刊：我科学家利用CRISPR破坏乙肝病毒。

2015年9月，中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组利用在细菌中发现的适应性免疫系统（CRISPR/Cas）特异识别病毒和外源DNA的特性，将该CRISPR切割系统引入植物，在植物中建立了这套DNA病毒防御体系。相关阅读：中科院学者Nature Plants利用CRISPR系统解析DNA病毒。

今年5月，一个由美国哈佛大学维斯生物启发工程研究所合成生物学家James Collins博士领导的国际合作小组开发出一种低成本的基于试纸的快速诊断系统，该系统能够毒株特异性地检测寨卡病毒，而且它可能很快被用来在现场筛查血液、尿液或唾液样品。这种神奇的方法来自CRISPR技术。相关研究结果于2016年5月6日在线发表在Cell期刊上。相关阅读：CRISPR：让寨卡病毒无所遁形。

（生物通：王英）

生物通推荐原文：
Human eye with herpes keratitis, a disease caused by reactivation of latent HSV-1 that can lead to impaired vision and blindness. PLOS Pathogens: http://dx.plos.org/10.1371/journal.ppat.1005701