CRISPR进化之致命病毒篇：从SHERLOCK到CARVER ，从诊断到治疗

近日，美国麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的研究人员开发了一种基于Cas13的新技术-CARVER，该技术可用于检测并消灭人类细胞中的RNA病毒，首次将CRISPR-Cas13系统应用于抗病毒药物的开发中。CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat），是细菌的间隔20-40bp的短回文重复序列，其间隔片段来自于入侵的噬菌体，是细菌免疫系统的一部分。作为一种强大的基因编辑工具，CRISPR已经在分子诊断、遗传病的治疗、癌症的细胞治疗等领域得到广泛的应用。

Cas，即CRISPR相关蛋白，是一种核酸内切酶。Cas13作为Cas的一种，可有效的靶向多种哺乳动物ssRNA病毒，在诊断和治疗ssRNA疾病中有很大的应用潜力。

SHERLOCK示意图

2018年，麻省理工学院和哈佛大学的张峰团队开发了基于Cas13的分子诊断技术(SHERLOCK)，该技术具有很高的灵敏度，并可检测多种病毒。而且，由于RNA在细胞中持续生成和降解，对RNA的编辑不会有DNA编辑相关的安全性问题，因此Cas13编辑RNA具很好的疾病治疗价值。

为了将Cas13应用于RNA病毒的治疗，研究人员开发了一种基于Cas13的新技术-CARVER，该技术可有效降低细胞中RNA病毒数量。

CARVER示意图

 研究人员首先对396种ssRNA病毒基因组序列进行了筛选，并发现了数千个潜在有效的Cas13靶点，并设计引导RNA来切割相应序列。随后，研究人员测试了Cas13在感染RNA病毒的人类细胞中的作用，共测试了三种代表性的病毒：淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒(LCMV)、甲型流感病毒(IAV)以及疱疹性口炎病毒(VSV)。

他们首先用Cas13酶和引导RNA转染细胞，24h后将病毒加入到细胞中。再过24h进行RT-PCR检测RNA水平，结果发现细胞中的病毒RNA水平降低了40倍。而且，在加入病毒8h后，Cas13就流感病毒的传染性降低了300多倍。

如果RNA病毒的crRNA序列发生突变，那么对于此序列的Cas13治疗将不再有效。为了检测Cas13治疗是否会导致靶标序列的突变，研究人员对Cas13治疗后上清中的病毒进行了测序，结果并未检测到crRNA靶标的突变序列，而且病毒突变率也并未提高，进一步说明了此方法在治疗中的安全性。为了使Cas13可同时进行病毒RNA的诊断，研究人员加入了SHERLOCK检测技术，并将此平台命名为CARVER，该平台既可快速检测病毒RNA变化水平，又可有效降低细胞中RNA病毒水平和传染性。

进一步来说，通过合理设计crRNA，可验证Cas13在一些具有RNA中间形式的DNA病毒的抗病毒活性，从而完善和补充CARVER平台，使其成为一种有潜力的基于Cas13的抗病毒治疗策略。

CARVER作为一种单独的蛋白可以同时诊断和治疗RNA病毒引起的疾病，具有很大的灵活性。虽然Cas13在体外可以较容易的进入细胞中，但体内的递送系统依然是一个很大的挑战，但CRISPR编辑RNA是一个新技术，相信随着进一步深入地研究，这些问题会得到解决，并成为很多疾病治疗的一种选择。

参考文献：

[1] Catherine A. Freije, Cameron Myhrvold, Chloe K. Boehm, Aaron E. Lin, Nicole L. Welch, Amber Carter, Hayden C. Metsky, Cynthia Y. Luo, Omar O. Abudayyeh, Jonathan S. Gootenberg, Nathan L. Yozwiak, Feng Zhang, Pardis C. Sabeti. Programmable Inhibition and Detection of RNA Viruses Using Cas13, Molecular Cell,2019.

[2] Gootenberg JS, Abudayyeh OO, Lee JW, Essletzbichler P, Dy AJ, Joung J, Verdine V, Donghia N, Daringer NM, Freije CA et al: Nucleic Acid Detection with CRISPR-Cas13a/C2c2. SCIENCE 2017, 356,438-442.