斯坦福團(tuán)隊(duì)“基因魔剪”對抗新冠初現(xiàn)鋒芒，下一次人類流行病暴發(fā)，能否利刃出鞘

黃珊

就在全球仍舊籠罩在新冠肺炎陰霾中的當(dāng)下，與美麗的“逆行者們”——醫(yī)護(hù)人員類似，有一群人鏖戰(zhàn)在沒有喧囂的一線，在實(shí)驗(yàn)室里尋求著更多的解決方案。

其中有一項(xiàng)技術(shù)不得不提，那就是被譽(yù)為“基因魔剪”的C.RISPR。cRISPR技術(shù)可以用于干預(yù)細(xì)胞的遺傳活性，即改變、修復(fù)或去除基因，曾在2014年被《麻省理工科技評論》評為當(dāng)年的“十大突破技術(shù)”之一。

隨著越來越多的科學(xué)家在CRISPR上付諸心力，這項(xiàng)新興技術(shù)近年來也得到迅猛發(fā)展，已經(jīng)到達(dá)了新的歷史階段——科學(xué)家們正在探索利用這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行疾病治療，C.RISPR領(lǐng)域三大上市公司CRISPR Therapeutics、EditasMedicine、Intellia Therapeutics已經(jīng)在推進(jìn)相關(guān)的臨床實(shí)驗(yàn)，預(yù)計(jì)在今年，我們就能看到不少C.RISPR臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

而眼下更緊迫的問題是，c RISPR能否幫助人類抵御新冠病毒？這正是在美國斯坦福大學(xué)，由中國學(xué)者亓（Qi）磊帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)希望探討的問題。

近日，亓磊所在的團(tuán)隊(duì)在生物醫(yī)學(xué)預(yù)印本網(wǎng)站BioRxiv發(fā)表文章（未經(jīng)同行評議）“Development of CRISPR as a? prophylacticstratev to? combat? novel? coronavlrus andinfluenza。介紹了他們利用CRISPR對抗新冠病毒研究進(jìn)展。

值得一提的是，作為CRISPR底層技術(shù)在中國和歐盟的共同發(fā)明人，亓磊同時也是dCas技術(shù)、c RISPRlJa基因調(diào)控、C.RISPR-CJO基因組控制等多項(xiàng)技術(shù)的主要發(fā)明人，手持20余項(xiàng)專利。因?yàn)樵诨蚓庉?、調(diào)控領(lǐng)域的領(lǐng)先工作，亓磊成為2018年《麻省理工科技評論》“35歲以下科技創(chuàng)新35人”中國區(qū)的獲獎?wù)摺?p>

CRISPR領(lǐng)域三大上市公司

那么，這次通過基因魔剪探尋對抗新冠病毒的實(shí)驗(yàn)中具體展現(xiàn)了怎樣的可能性？

基因魔剪鋒芒乍現(xiàn)

根據(jù)論文，團(tuán)隊(duì)證明了這個方法具有一定的可行性：C.RISPR成功使培養(yǎng)皿溶液中的病毒量減少了90%。正如文章中寫道的：“PAC.-MAN方法可能是一種可快速部署的應(yīng)對冠狀病毒的策略?！?/p>

這次實(shí)驗(yàn)的主角，CRISPR技術(shù)——全稱為oustered Regularly Interspersed Short PalindromicRepeats，即成簇的規(guī)律間隔的短回文重復(fù)序列，與其上游的Cas基因形成了在細(xì)菌中高度保守的c RIS PR/C.as系統(tǒng)。

CRISPR/Cas系統(tǒng)是一種存在于大多數(shù)細(xì)菌或古細(xì)菌中的一類后天獲得性免疫，當(dāng)外源遺傳物質(zhì)入侵時，它首先會將入侵的噬菌體或外源質(zhì)粒DNA信息整合到自身CRISPR序列中，當(dāng)病毒再次入侵時，該系統(tǒng)可識別并摧毀病毒。

針對這一特點(diǎn)，科學(xué)家對C.RISPR/Cas進(jìn)行改良，使其可以錨定特定序列進(jìn)行基因編輯。正是由于其精準(zhǔn)的DNA靶向和剪切功能，CRISPR技術(shù)被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)領(lǐng)域，至今已攪動起無數(shù)漣漪。

其中又以為人所熟知的CRISPR/Cas9系統(tǒng)最為簡單方便，主要靶向DNA剪切，而Cas13蛋白則可以鎖定特定的RNA序列上，對其進(jìn)行切割和破壞。RNA則正是SARS-CoV2的（COVID-19的致病病毒）遺傳物質(zhì)。

傳統(tǒng)的疫苗研發(fā)是一個疫苗針對一種病毒。很多病毒會變異，這樣相應(yīng)的疫苗也會失效。而c RISPR系統(tǒng)神奇的地方在于，使用6個C.RISPR向?qū)NA，可以有效識別超過90%的人類已知的冠狀病毒（包括3051種已測序的冠狀病毒，和我們熟知的SARS、MERS等）。而使用傳統(tǒng)的疫苗，可能需要3000多種疫苗才能抵御這3051種冠狀病毒。

在本項(xiàng)研究中，亓磊所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)正是使用了PAC-MAN方法，即基于cRISPR/Cas-1 3d的基因編輯方法，在細(xì)胞水平上證實(shí)了C.RISPR可以有效地降低病毒RNA水平及復(fù)制，其中部分crRNAs靶向率可達(dá)91%。將RNA切碎，也正是斷了病毒的“根基”。理論上來說，這將足以阻斷疾病的進(jìn)展?！拔覀兊腜AC.-MAN方法，有可能成為應(yīng)對泛冠狀病毒引起的突發(fā)流行病快速且可行的手段”，文章中對此寫道。

但這是否意味著，CRISPR能開啟人類利用基因武器對抗流行病毒的新時代？

仍有重重挑戰(zhàn)

先不要興奮，也許你已經(jīng)注意到，文章中的評價還包含著“可能”二字，而這并非研究者的自謙。從培養(yǎng)皿到臨床試驗(yàn)直至最后應(yīng)用，中間仍有漫漫長路。

對此，該團(tuán)隊(duì)成員也承認(rèn)，與其認(rèn)為它是一項(xiàng)即將進(jìn)入動物或人體實(shí)驗(yàn)階段的療法，該項(xiàng)研究更像是一個藍(lán)圖，或者說，一個概念的驗(yàn)證。畢竟還有太多的未知因素。

首先就是，團(tuán)隊(duì)用于實(shí)驗(yàn)的并非真正的SARS-C oV2冠狀病毒（由于沒有權(quán)限）。而這也正是來自喬治亞理工學(xué)院的Philip Santangelo教授的主要存疑部分。他認(rèn)為想要證明可以中和病毒，就必須使用正常毒株，而非并不具有復(fù)制能力的相似物，畢竟“這些病毒復(fù)制的太快了”。

CRISPR系統(tǒng)的遞送又是另一個問題——是否可以將他們送至需要治療的細(xì)胞？我們需知，新冠病毒肆虐的肺部，由于黏液和特殊性等原因，向來不是個容易靶向的器官。另外，除了這些技術(shù)層面的困難，層層審批與臨床試驗(yàn)，同樣是前路的重重阻礙。來自加州大學(xué)伯克利分校的Fyodor Urnov教授認(rèn)為，“坦率的說，未來的4個月-6個月內(nèi)，這項(xiàng)研究進(jìn)入人體實(shí)驗(yàn)階段的可能性是零”。盡管CRISPR風(fēng)頭正盛，但目前FDA只批準(zhǔn)了三項(xiàng)用于人體試驗(yàn)的C.RISPR項(xiàng)目。

對于團(tuán)隊(duì)的下一步計(jì)劃，亓磊表示：“我們的期望是C.RISPR技術(shù)能夠在最短時間內(nèi)進(jìn)入臨床試驗(yàn)，成為抵抗新冠病毒的有用治療工具。目前還有很多動物體內(nèi)潛在的冠狀病毒可能在未來某個時間點(diǎn)感染人類?！皩RISPR工具納入抗病毒工具箱，可以大大彌補(bǔ)疫苗研發(fā)的不足，可以在未來大大縮短病毒感染的可能性，包括那些尚在動物體內(nèi)還未感染人類的病毒。短期內(nèi)，我們會測試CRISPR對于活體病毒的抵抗力。并且我們會結(jié)合目前成熟的分子傳遞方法，將C.RISPR分子安全地遞送到肺部細(xì)胞以抵抗病毒”。

亓磊

團(tuán)隊(duì)希望在夏天結(jié)束前完成活體病毒的測試，下半年完成動物模型試驗(yàn)，并在2021年上半年可以開展臨床試驗(yàn)。

承載希望

實(shí)際上，在這次新冠暴發(fā)之前，就已經(jīng)有很多機(jī)構(gòu)和團(tuán)體開始了CRISPR應(yīng)對流行病的研究。

2018年，美國國防部高級研究計(jì)劃局（Defense Advanced Research Projects Agency）開始了一項(xiàng)為期四年的研究項(xiàng)目

“Prep are”，旨在通過遺傳途徑找到未來可以使用的醫(yī)療方法，亓磊所在斯坦福的實(shí)驗(yàn)室就接受了該項(xiàng)目基金的資助。

2019年，亓磊的實(shí)驗(yàn)室開始了一項(xiàng)基于c RISPR技術(shù)的流感對抗研究。也正是因此有了一定的基礎(chǔ)，使得在疫情之初，該團(tuán)隊(duì)就意識到研究可能并及時地將研究方向進(jìn)行了調(diào)整。

同樣對此充滿興趣的還有一些初創(chuàng)公司，總部位于舊金山的生物初創(chuàng)公司MammothBiosciences就是其中之一。他們稱已經(jīng)研發(fā)了一款快速高效的COVID-19檢測方法，可以將數(shù)小時的檢測時間縮短為30分鐘。該公司由CRISPR研究先驅(qū)詹妮弗，杜德娜博士參與創(chuàng)建，今年初宣布完成4500萬美元B輪融資。

C.RISPR是一種嶄新的工具，缺少應(yīng)用歷史和可行的證據(jù)，但并不意味著沒有用處。正如Urnov教授所說：“我們正處在一個任何想法都值得去實(shí)踐追求的歷史時刻，此刻我們擁有著遠(yuǎn)超13世紀(jì)可用的隔離、17世紀(jì)的藥物、18世紀(jì)的疫苗之外更有效的手段?！?/p>

盡管理論與實(shí)際之間或有千山阻隔，但千里之行始于足下。也許這一次幫不上忙，但下一次或許可以利刃出鞘。（摘自美《深科技》）（編輯/小文）