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病毒可以感染人类细胞,也可以感染细菌。感染细菌的病毒叫噬菌体,有人提出利用噬菌体作为特定细菌的杀灭工具。也有人提出更超前的方法,通过提高友好病毒的传染性,代替致病强的病毒,以实现治疗病毒感染的目的。这样的策略应该是非常巧妙的思路。类似于用一种好的但传染性强的病毒,取代哪些致病性强的病毒。其实2020年就有学者提出并实现了这一概念,不过因为病毒流行期间,人们谈病毒色变,让这种好的方法没有受到足够重视。现在应该对这种策略足够重视,这种方法甚至对艾滋病、新冠状病毒的治疗都有潜在意义。
Fighting viruses with viruses? ‘Gene drive’ offers new strategy to beat infections | Science | AAAS
如果您的免疫系统或药物无法阻止病毒感染,为什么不让病毒对抗自身呢?这是几个实验室正在追求的挑衅性想法。他们正在研究,故意将工程病毒引入感染其亲生亲属的人体内,是否可以将外来基因“驱动”到那些最终消灭感染的病毒中。
目前还没有实验室以这种方式用于动物感染,但一个小组现在已经证明这在理论上是可能的。这些所谓的基因驱动利用基因组编辑器CRISPR进行基因手术,加速基因通过后代的传播。到目前为止,科学家因向啮齿动物和蚊子等动物添加基因驱动以控制其数量而受到最多关注。但在上周的预印本中,该团队报告了疱疹病毒-1(HSV-1)的类似壮举。当工程化和未修饰的疱疹病毒都接种到小鼠体内时,基因驱动转化了高达90%的病毒,可能足以防止HSV-1感染引起疼痛性唇疱疹等症状。第二组已成功将基因驱动放入HSV-1中,该HSV-1在实验室培养皿中的受感染细胞中生长。
病毒基因驱动工作距离治愈感染者还有很长的路要走。例如,没有人知道驱动器应该传播什么样的基因改造来降低感染。但其他科学家看到了它的潜力。圭尔夫大学的分子微生物学家丽贝卡·夏皮罗(Rebecca Shapiro)说,这些新研究“令人信服”,她曾对真菌的基因驱动进行过实验。“这开辟了许多令人兴奋的途径,可以使用这些基因驱动技术来修改病毒种群,并可能将它们用作新的治疗方法。
研究人员主要在有性繁殖的动物中开发了基因驱动。他们创造了转基因雌性或雄性,其将基因传播给后代的几率明显高于50%——这是后代继承特定基因变异的典型孟德尔几率。大多数实验旨在传播杀死后代或使其不育的修饰,这是害虫防治的可能策略。然而,到目前为止,这些工作只在实验室中完成,因为人们担心释放具有基因驱动的动物可能会产生可怕的后果,例如意外消灭整个物种或伤害不是目标的动物。
与人类不同,病毒在复制时不会相互发生基因混淆性关系。他们只是命令受感染的细胞读取它们的基因并产生新的病毒。但是,如果多个病毒粒子感染单个细胞(就像疱疹病毒一样),它们通常会做一些类似于性行为的事情,在细胞核内随机交换基因序列。这种“重组”导致病毒后代传播新的基因组,而基因驱动劫持了这一自然过程,以引入和促进遗传变化,最终可能使整个病毒种群瘫痪。
HSV-1、HSV-2、人巨细胞病毒 (hCMV)、EB 病毒和其他疱疹病毒是处理基因驱动的特别有吸引力的候选病毒,因为它们可引起终生潜伏感染,周期性发作并引起症状性疾病。一些药物可以抑制病毒的再激活,但在免疫系统受损的人群中,这些药物经常失效,疱疹病毒肆虐,损害身体的许多部位,甚至导致死亡。对于未经治疗的HIV感染或接受器官或骨髓移植的人来说,这是一个特殊的问题。
三年前,巴克衰老研究所的病毒学家马里乌斯·沃尔特(Marius Walter)和埃里克·韦尔丁(Eric Verdin)证明,基因驱动在疱疹病毒中可能是可行的。他们在细胞培养实验中表明,hCMV具有由CRISPR构建的基因驱动,可以将驱动传播到受感染细胞中的其他hCMV。基因驱动主要由编码CRISPR两个组成部分的基因序列组成:一种称为Cas的DNA切割酶和一种引导RNA,后者将酶引导到病毒基因组中的特定位置,在那里它发生断裂,使CRISPR-Cas基因盒的副本能够插入自身。研究人员将荧光标记的基因附加到该复合物上,这样他们就可以追踪这种驱动,因为连锁反应将其传播到更多的疱疹病毒。
该研究还暗示,基因驱动可以减少(如果不能消除)病毒种群。引导RNA穿梭于特定病毒基因内部的驱动器。实际上,选择该靶点并不是为了阻碍病毒,而是该基因编码了一种保护病原体免受免疫攻击的蛋白质。当插入使基因失效时,它降低了保护蛋白的水平,使病毒更加脆弱。
Viral gene drive in herpesviruses | Nature Communications
这篇论文于2020年9月发表在《自然通讯》上,但很少受到关注。“在另一种病毒发生的大流行期间发表这样的论文不容易让人们注意到它的好方法,”沃尔特说,他是Verdin实验室的博士后研究员,后来搬到了Fred Hutchinson癌症中心的Keith Jerome实验室。
Verdin回忆说,少数读过这本书的研究人员持怀疑态度,他们质疑病毒基因驱动是否会削弱足够多的病毒,从而有意义地减少人口。“我们听到的一个论点是,'哦,你永远不会在同一个细胞中拥有足够的两种病毒来真正发挥作用。但是,Walter、Verdin、Jerome及其同事在12月8日的预印本中表明,基因驱动可以在小鼠体内至少一些受感染组织中的大部分病毒群体中传播基因。
Walter 和 Verdin 将他们的工作视为概念验证实验,由中国南方医科大学的病毒学家戴洪生及其同事领导的团队也是如此,该团队在 12 月 4 日在 bioRxiv 上发表的一篇帖子中描述了其使用 HSV-1 基因驱动的细胞培养成功。在组织培养中,HSV-1基因驱动比hCMV基因驱动效果更好,Dai指出。“HSV-1中的基因驱动稳步传播,其速度是hCMV无法实现的,”他说。
但小鼠实验表明,HSV-1基因驱动需要移动得更快。正如它携带的荧光标记基因所显示的那样,这种驱动力在小鼠的身体区域以不同的速率传播,这种变化在大脑中最为明显:在大脑皮层中,标记物传播到25%的病毒中,而它最终在脑干中多达90%的病毒中传播。不过,沃尔特说,结果表明,这项技术有朝一日可能会帮助人们。“你有足够多的混合感染在体内发生,基因驱动成为我们可以使用的东西,”他说。
所有参与的研究人员都强调,疱疹病毒的基因驱动还远未准备好在人类身上进行测试。沃尔特计划在未来的动物模型中进行实验,希望证明基因驱动是否能够抑制慢性HSV-1感染,从而防止再激活和疾病。
加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)专门研究疱疹病毒的生物化学家布里特·格劳辛格(Britt Glaunsinger)看到了这一概念的前景,但他警告说,如果基因驱动不能充分削弱其靶向的病毒,修饰后的病毒本身可能会引起疾病,尤其是在免疫功能低下的人群中。不过,她在一封电子邮件中写道,“我期待看到这个领域会把这个带到哪里!“
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GMT+8, 2024-11-23 11:17
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