2020-ban a kémiai Nobel-díjat Emmanuelle Charpentier francia mikrobiológus és Jennifer Doudna amerikai biokémikus kapták a DNS célzott, rendkívül pontos szerkesztését lehetővé tévő CRISPR/Cas9 „genetikai olló” kifejlesztéséért.

A felfedezés első publikációja 2012-ben jelent meg, és valóban forradalmasította a gének manipulációját, a genomszerkesztést. Azóta gyakorlatilag naponta jelennek meg a különféle felhasználási lehetőségek. Talán a legjelentősebbek az orvosi alkalmazások, hiszen számos, korábban gyógyíthatatlan betegségben csillant fel a remény, hogy az új genomszerkesztési eljárással a betegség gyógyíthatóvá válik. Ilyen betegségek például a génhibák okozta öröklődő betegségek, a rák, vagy a különböző fertőző betegségek.

Manapság a fertőző betegségek közül az elsőszámú célpont a COVID-19 fertőzés, amely világszerte több millió halált, és óriási gazdasági károkat okozott. A Stanford egyetem kutatói, akik már korábban is azt vizsgálták, hogy a CRISPR rendszert hogyan lehet a fertőző betegségek ellen fordítani, kidolgozott egy módszert, amely további fejlesztésekkel, alkalmas lehet nemcsak a COVID-19-et okozó SARS-COV-2 vírus, hanem gyakorlatilag az összes koronavírus, az influenza A vírus vagy más vírusok által okozott betegségek kezelésére, a fertőzés megakadályozására.

A módszert PAC-MAN-nek nevezték el, ami a „prophylactic antiviral CRISPR in human cells” kifejezésből alkotott betűszó.

A CRISPR (Clustered Regularly-Interspaced Short Palindromic Repeats; ejtése angolul crisper;) Cas (CRISPR associated system) rendszert baktériumokban írták le, és a baktériumok adaptív immunrendszerének tekinthető, hiszen segítségükkel a baktérium képes a korábban, a baktériumot fertőző vírusokat megjegyezni és lebontani. A rendszer két részből áll. A CRISPR olyan RNS szekvenciákat tartalmaz, amely képes specifikusan hozzákötődni vele komplementer DNS, vagy RNS szakaszokhoz.

A CRISPR szekvenciáját a fejlesztő határozza meg (illetve baktériumokban a baktériumot korábban megtámadó vírus szekvenciája kerül ide), ezzel adva meg a rendszer specifitását. A CRISPR-be egyszerre több szekvencia is beilleszthető, így a rendszernek több támadáspontja is lehet egyszerre. A CRISPR-hez kapcsolódó Cas maga az olló, egy úgynevezett endonukleáz, amely elhasítja azt a nukleinsav szakaszt (DNS-t vagy RNS-t), amelyhez a CRISPR kapcsolódik, ezáltal, ha ez egy vírus genomja, inaktiválja (gyakorlatilag elpusztítja) azt. A PAC-MAN-ben a Cas13d endonukleázt használták.

A koronavírusok elleni PAC-MAN kifejlesztéséhez a kutatók bioinfomatikai eszközökkel elemezték az összes akkor ismert koronavírus RNS szekvenciáját, így pl. a COVID-19-et okozó vírustörzsekét, vagy a korábbi MERS (Middle East Respiratory Syndrome) és SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome) járványokat okozó változatait is.

Összesen több mint 3000 féle koronavírus genomot vizsgáltak. Keresték az ún. konzervatív szakaszokat a vírusok szekvenciájában, azaz olyan szekvenciákat, amelyek megegyeztek az egyes koronavírus változatokban. Kiszűrték azokat a szekvenciákat, amelyek homológiát mutattak a humán genommal. A kiválasztott konzervatív szekvenciák közül ezután megnézték, hogy melyik hasítására a legérzékenyebbek a vírusok.

Mint említettem a CRISPR-be egyszerre több szekvenciát is be lehet tenni. A vizsgálatok alapján 2 RNS szekvenciával (ún. crRNS-sel, azaz crisprRNS-sel) a koronavírusok 50%-át meg tudják célozni, köztük a legsúlyosabb COVID-19, SARS, és MERS járványokat okozókat, 6 crRNS-sel a koronavírusok 91%-át, de ha 22 crRNS-t használnak, akkor az összes koronavírust inaktiválni tudják. Tehát, a CRISPR/Cas13d rendszer a CRISPR szekvenciák segítségével odakötődik a vírus genomjához, a Cas13d endonukleáz pedig elhasítja azt, ami a vírus lebomlásához vezet.

Ezután ugyanezt megnézték a legsúlyosabb influenza megbetegedéseket okozó influenza A vírusnál is. Itt 6 crRNS-sel az összes influenza A vírus törzset meg tudták célozni és inaktiválni.

A COVID-19 és az influenza ellen jelenleg a leghatásosabb védekezés az oltás.

Az oltás előnye, hogy a saját immunrendszert aktiválva hosszú távú védelmet nyújt az egyes vírustörzsekkel szemben. A PAC-MAN rendszer ezt nem tudja, hiszen nem aktíválja az immunrendszert, viszont lehetőséget nyújt egyszerre az összes koronavírus (ún. pán-koronavírus), vagy az összes influenzavírus elleni védekezésre.

Ezzel szemben az oltás sokszor annyira specifikus, hogy a kórokozó mutációkkal olyan változásokra tehet szert, ami védetté teheti azt a korábban, az oltás által kiváltott immunválasszal szemben. Ilyenkor, ahogy ezt az influenza esetén tapasztaljuk is, minden évben, minden vírusvariánsra új oltást kell fejleszteni. A koronavírusok esetén is az egyik törzsre kifejlesztett oltás jó eséllyel nem nyújt védelmet egy másik koronavírussal szemben. Ezt a problémát a PAC-MAN megoldja, egyetlen CRISPR/Cas13d konstrukcióval semlegesíteni lehet az összes koronavírust, vagy az összes influenzavírust.

A PAC-MAN rendszer jelenleg fejlesztés alatt áll, számos megoldatlan probléma van még, például jelenleg az sem megoldott, hogy ezt a viszonylag nagy CRISPR/Cas13d konstrukciót, hogyan juttassák be in vivo az emberi sejtekbe.

De, a Stanford egyetem kutatói bizakodóak, hogy ezt is megoldják, és ez a rendszer egy további, hasznos terápiás eszköz lehet a vírusfertőzések elleni védekezésben.

Prof.Dr. Szalai Csaba

Irodalom
Abbott TR, Dhamdhere G, Liu Y, Lin X, Goudy L, Zeng L, Chemparathy A, Chmura S, Heaton NS, Debs R, Pande T, Endy D, La Russa MF, Lewis DB, Qi LS. Development of CRISPR as an Antiviral Strategy to Combat SARS-CoV-2 and Influenza. Cell. 2020 May 14;181(4):865-876.e12.
Szalai Cs. Genom manipulálása, génszerkesztés. In: Szalai Cs. (szerk.) Orvosi genetika és genomika 2019; 226-231. oldal. https://www.researchgate.net/publication/338607093_ORVOSI_GENETIKA_ES_GENOMIKA_2019
Szalai Cs. Génterápia: a jövő gyógymódja?- Új lehetőségek a génterápiában: a génszerkesztés; 4. rész. https://gyogyhirek.hu/genszerkesztes/