استفاده از کریسپر به‌عنوان دستگاه کشنده ویروس
بسیاری از شایع‌ترین پاتوژن‌های مرگ‌بار انسان از نوع ویروس‌های مبتنی‌بر RNA هستند که بیشتر آن‌ها درمان تأییدشده‌ای ندارند. ابولا و زیکا و آنفلوآنزا از این دسته از ویروس‌ها هستند. به‌تازگی، گروهی از پژوهشگران مؤسسه‌ی فناوری ماساچوست و دانشگاه هاروارد، آنزیم کریسپر برش‌دهنده‌ی RNA را به عامل ضدویروسی تبدیل کرده‌اند که می‌تواند برای شناسایی و تخریب ویروس‌های مبتنی‌بر RNA در سلول‌های انسانی برنامه‌ریزی شود.
پژوهشگران قبلا آنزیم Cas13 را به‌عنوان ابزاری برای برش و ویرایش RNA انسانی و به‌عنوان ابزار تشخیصی برای شناسایی حضور ویروس‌ها یا باکتری‌ها یا دیگر اهداف معرفی کرده‌اند. با‌این‌حال، مطالعه مذکور یکی از نخستین مطالعاتی است که از Cas13 یا هریک از سیستم‌های کریسپر به‌عنوان ابزاری ضدویروسی در سلول‌های کشت‌شده‌ی انسانی استفاده می‌کند. پژوهشگران به‌منظور ایجاد سیستم واحدی که شاید روزی بتواند هم برای تشخیص و هم برای درمان عفونت‌های ویروسی استفاده شود، فعالیت ضدویروسی Cas13 را با قابلیت تشخیصی آن باهم ترکیب کردند. جزئیات این سیستم که CARVER نام گرفته، در مجله‌ی Molecular Cell تشریح شده است. پردیس ثابتی، یکی از اعضای این گروه پژوهشی می‌گوید:
پاتوژن‌های ویروسی انسان بسیار متنوع هستند و به‌طور مداوم با محیط پیرامون خود سازگار می‌شوند. حتی در یک گونه از ویروس نیز چنین مشکلی وجود دارد و این امر نشان‌دهنده‌ی اهمیت توسعه‌ی رویکردهای ضدویروسی انعطاف‌پذیر است. پژوهش ما CARVER را به‌عنوان تکنولوژی ضدویروسی و تشخیصی برنامه‌ریزی‌شدنی و قدرتمندی برای طیف وسیعی از این ویروس‌ها مطرح می‌کند.
نیاز به توسعه‌ی رویکردهای ضدویروسی جدید اضطراری است. در ۵۰ سال گذشته، ۹۰ داروهای ضدویروسی تأیید و تولید شده است؛ اما داروهای مذکور فقط ۹ بیماری را درمان و پاتوژن‌های ویروسی به‌سرعت دربرابر درمان‌ها مقاومت می‌کنند. تنها ۱۶ ویروس واکسن تأییدشده‌ی FDA را دارند.
پژوهشگران به‌منظور کشف استراتژی‌های جدید ضدویروسی، روی آنزیم Cas13 تمرکز کردند که به‌طور طبیعی RNAهای ویروسی درون باکتری را هدف می‌دهد. این آنزیم می‌تواند با محدودیت‌های کمی برای هدف قرار‌دادن توالی‌های خاص RNA برنامه‌ریزی شود و ورود آن به سلول‌ها نسبتا ساده است و به‌خوبی در سلول‌های پستانداران مطالعه شده است. پژوهشگران ابتدا مجموعه‌ای از ویروس‌های مبتنی‌بر RNA را به‌دنبال یافتن توالی‌های RNA ویروسی جست‌وجو و غربالگری کردند که آنزیم Cas13 بتواند به‌طور مؤثری آن‌ها را هدف قرار دهد. آن‌ها در درجه‌ی اول به‌دنبال قطعاتی گشتند که احتمال جهش‌یافتن آن‌ها کم بود و در‌عین‌حال، این احتمال زیاد بود که هنگام برش ویروس را غیرفعال کنند. کامرون مایهرولد، پژوهشگر دیگر این مطالعه می‌گوید:
ازنظر تئوری، می‌توانید Cas13 را برای حمله به هر بخشی از ویروس برنامه‌ریزی کنید؛ اما تنوع زیادی درون و میان گونه‌ها وجود دارد و وقتی ویروس تکامل می‌یابد، بخشی زیادی از ژنوم به‌سرعت تغییر کند. اگر دقت نکنید، ممکن است به‌دنبال هدفی بروید که درنهایت، نتیجه‌ای نخواهد داشت.
پژوهشگران هزاران جایگاه را در صدها گونه ویروسی شناسایی کردند که می‌توانند اهداف مؤثری برای Cas13 باشند.
تلفیق سه سیستم درون یک سیستم
پژوهشگران با داشتن فهرستی از اهداف RNA ویروسی، توانستند Cas13 را برای جست‌وجو و برش هریک از این توالی‌های اسید نوکلئیک و ازطریق مهندسی RNA راهنمای آنزیم برنامه‌ریزی کنند. پژوهشگران به‌طور آزمایشی فعالیت Cas13 را در سلول‌های انسانی آلوده به یکی از این سه ویروس مبتنی‌بر RNA آزمایش کردند: ویروس کوریومننژیت لنفوسیتی (LCMV) و ویروس آنفلوآنزای نوع A و ویروس VSV. آن‌ها ژن Cas13 را به‌همراه RNA راهنمای مهندسی‌شده وارد سلول‌ها کردند و ۲۴ ساعت بعد سلول‌ها را درمعرض ویروس قرار دادند. پس از ۲۴ ساعت دیگر، آنزیم Cas13 سطح RNA ویروسی را در کشت‌های سلولی تا ۴۰ برابر کاهش داده بود. پژوهشگران درادامه، تأثیر Cas13 را روی قدرت عفونت‌زایی ویروس بررسی کردند تا ببینند چقدر از ویروس‌های باقی‌مانده می‌توانند موجب عفونت سلول‌های انسانی شوند. داده‌ها نشان می‌داد هشت ساعت پس از مواجهه، Cas13 میزان عفونت‌زایی ویروس را تا ۳۰۰ برابر کاهش داده بود.
پژوهشگران به‌منظور افزودن مؤلفه‌ای تشخیصی، تکنولوژی تشخیص اسیدنوکلئیک مبتنی‌بر Cas13 را که «شرلوک» نام دارد، به سیستم طراحی‌شده‌ی خود ضمیمه کردند. سیستم CARVER حاصل می‌توانست به‌سرعت سطوح باقی‌مانده از RNA ویروسی را درون نمونه اندازه‌گیری کند. کاترین فریج، یکی دیگر از پژوهشگران این مطالعه می‌گوید:
ما Cas13 را به‌عنوان ابزاری پژوهشی برای کشف جنبه‌های مختلف بیولوژی ویروس در سلول‌های انسانی می‌بینیم. این سیستم همچنین می‌تواند به‌عنوان ابزاری بالینی در تشخیص نمونه و درمان عفونت ویروسی و اندازه‌گیری میزان اثربخشی درمان استفاده شود. همه‌ی اینها با قابلیت سازگاری سریع CARVER برای مقابله با ویروس‌های جدید یا مقاوم به داروی نوظهور امکان‌پذیر است.
نظرات