CRISPR 通常被认为是编辑 DNA 以修复基因缺陷或增强某些性状的实验室工具——但这种机制最初在细菌中进化出来，作为一种抵御称为噬菌体的病毒的方式。现在，科学家们已经找到一种方法来调整这种能力，以对抗人体细胞中的病毒。
在最近的一项研究中，马萨诸塞理工学院和哈佛大学博德研究所的 Catherine Freije、Cameron Myhrvold 和 Pardis Sabeti 及其同事，对一种 CRISPR 相关酶进行编程，以靶向三种不同的单链 RNA 病毒，并在体外培养的人类胚胎肾细胞（以及人类肺癌细胞和犬肾细胞）中将其切碎，使其基本上无法感染其他细胞。如果进一步的实验表明这个过程在活体动物中有效，那么它最终可能为人类的埃博拉或寨卡病毒等疾病带来新的抗病毒疗法。
病毒有多种形式，包括 DNA 和 RNA，双链和单链。大约三分之二感染人类的病毒是 RNA 病毒，而且许多病毒没有批准的治疗方法。现有的疗法通常使用一种小分子来干扰病毒复制——但这种方法对新出现的病毒或快速进化的病毒无效。
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“CRISPR”指的是细菌基因组中一系列 DNA 序列，这些序列是之前噬菌体感染遗留下来的。当细菌再次遇到这些病原体时，称为 CRISPR 相关 (Cas) 蛋白的酶会识别并结合病毒中的这些序列并将其摧毁。近年来，研究人员（包括研究合著者冯张）重新设计了一种名为 Cas9 的酶，以切割和粘贴人体细胞中的 DNA。该酶与一种称为引导 RNA 的短基因标签结合，引导该酶到达基因组的特定部分进行切割。之前的研究已经使用 Cas9 来阻止双链 DNA 病毒或在复制过程中产生 DNA 中间步骤的单链 RNA 病毒的复制。只有一小部分感染人类的 RNA 病毒产生这种 DNA 中间体——但另一种 CRISPR 酶，称为 Cas13，可以被编程来切割单链 RNA 病毒。
“CRISPR 系统和像 Cas13 这样的系统的优点在于，它们最初在细菌中的目的是防御细菌的病毒感染，因此我们有点想让 Cas13 回归其原始功能——并将此应用于哺乳动物细胞中的哺乳动物病毒，”哈佛大学病毒学博士生 Freije 说。“由于 CRISPR 系统依赖于引导 RNA 来特异性地引导 CRISPR 蛋白靶向目标，我们认为这是一个很好的机会，可以将其用作可编程的抗病毒药物。”
Freije 和她的同事对 Cas13 进行编程，以靶向三种不同的病毒：淋巴细胞脉络丛脑膜炎病毒 (LCMV)、甲型流感病毒 (IAV) 和水疱性口炎病毒 (VSV)。LCMV 是一种主要感染小鼠的 RNA 病毒——但它与导致拉沙热的病毒属于同一家族，拉沙热在西非发现，在实验室研究中更危险。IAV 是一种流感病毒；尽管已经存在一些抗流感药物，但此类病毒进化迅速，因此需要更好的选择。最后，VSV 是许多其他单链 RNA 病毒的模型。
为了确定 Cas13 在摧毁病毒方面的有效性，研究人员还将其用作诊断工具，以查看有多少病毒 RNA 从受感染的细胞中释放出来。他们观察到 RNA 减少了 2 倍到 44 倍，具体取决于他们观察的病毒和时间点。他们还研究了释放的 RNA 在感染新细胞方面的能力。根据 Freije 的说法，在大多数情况下，他们观察到感染性降低了 100 倍——在某些情况下，超过 300 倍。这些发现于 10 月 10 日在线发表在分子细胞杂志上。
蒙特利尔犹太综合医院 Lady Davis 研究所和麦吉尔大学微生物学和免疫学系的教授陈亮（音译）说：“结果非常令人印象深刻。” 他没有参与这项研究。他自己的实验室已经使用 Cas9 酶来灭活 DNA 病毒。他说，概念非常相似，但 Cas13 有一些优势。首先，Cas13 可以使用多个引导 RNA 靶向一种病毒，使病毒难以“逃脱”。其次，这项新研究还使用 Cas13 来检测剩余多少病毒 RNA 来感染细胞。梁说，该小组实现的病毒击倒量“非常显着”。“如果你可以靶向和灭活所有这三种病毒，原则上，你可以灭活任何病毒。”
与任何方法一样，都存在局限性。梁指出，其中之一是如何将 Cas13 输送到活人身上以靶向病毒的问题，研究人员尚未进行任何动物研究。另一个是病毒最终会产生耐药性。但 Cas13 在这方面具有优势：当 Cas9 切割病毒 DNA 时，哺乳动物细胞会修复它，并可能导致突变，从而使病毒更具耐药性。然而，对于 Cas13，这些细胞没有机制来修复 RNA 并引入错误，从而帮助病毒逃脱被摧毁。即使病毒确实产生了耐药性，或者遇到了新病毒，该方法也可以快速调整。
哈佛大学博士后研究员 Myhrvold 说：“关于这种方法最令人兴奋的事情之一是可编程性。” “一旦你弄清楚如何针对一种病毒做好这一点，设计针对另一种病毒或另一种病毒的序列并不难。此外，如果病毒改变了自己的序列——正如病毒已知的那样，只是在爆发期间或为了应对治疗——你可以非常容易地更新 CRISPR RNA 序列并跟上病毒的步伐。”
Freije 对此表示赞同。“我们绝对对优化系统并在小鼠模型中进行试验的未来前景感到兴奋，”她说。除了治疗学，该团队希望更多地了解病毒如何运作——它们如何复制以及它们基因组的哪些部分最重要。使用类似的方法，“你可以真正开始更好地了解这些病毒的哪些部分，最重要的是，是什么真正让它们运转。”