Грипп, у нас для тебя плохие новости: тебя просто удалят из нашего кода

Добро пожаловать в будущее, где вместо чая с лимоном – назальный спрей с CRISPR.

Грипп остаётся одной из самых упрямых и неприятных инфекций. Он возвращается каждую зиму, меняется, уходит от иммунитета и со временем привыкает к лекарствам. Теперь учёные предлагают неожиданный подход, который может буквально выключать вирус на уровне его генетического кода. В качестве инструмента они рассматривают SRISPR , технологию редактирования генов, которую обычно связывают с лечением редких наследственных болезней.

На симпозиуме Pandemic Research Alliance Symposium в октябре вирусолог Вэй Чжао из мельбурнского Института Питера Доэрти рассказал о проекте, который его команда развивает вместе с коллегами. Идея в том, чтобы использовать Crispr не для правки ДНК человека, а против РНК вируса гриппа. Это важно, потому что геном гриппа состоит именно из РНК, а значит, у вируса есть уязвимое место, на которое можно прицельно воздействовать.

Обычно в разговорах о Crispr чаще всего вспоминают фермент Cas9, который работает с ДНК. Но в этой истории ключевую роль играет Cas13, менее известный родственник Cas9. Cas13 умеет разрезать РНК. В природе оба этих фермента не производятся клетками человека. Они принадлежат к арсеналу бактерий и архей, где служат частью защиты от вирусов. Учёные хотят временно перенести этот принцип в человеческие клетки и заставить их на короткое время вырабатывать Cas13 так, чтобы он отключал вирус гриппа.

Предполагаемый формат лечения звучит довольно практично. Это может быть назальный спрей или инъекция, которые доставляют в клетки дыхательных путей молекулярные инструкции с помощью липидных наночастиц. Система состоит из двух частей. Первая — это мРНК, которая заставляет клетку произвести Cas13. Вторая — это направляющая РНК, своего рода адрес, который указывает Cas13, какую именно часть вирусной РНК нужно разрезать. По замыслу команды под руководством врача-инфекциониста Шэрон Льюин, после такого вмешательства вирус теряет способность нормально копировать себя, и инфекция останавливается на самом базовом уровне.

Анализируем события сегодня, чтобы вы понимали, в каком мире проснетесь завтра. Подпишитесь на нас

Авторы проекта рассматривают технологию не только как лечение уже начавшегося гриппа, но и как потенциальную профилактику. Например, в сезон особенно тяжёлых вспышек можно было бы заранее подготовить клетки дыхательных путей к защите, чтобы они быстрее реагировали на заражение. Сравнение, которое приводит Чжао, простое и наглядное. Это как держать солдат вооружёнными ещё до встречи с противником.

Главная привлекательность подхода в том, что Cas13 можно настроить на так называемые консервативные участки генома гриппа. Это фрагменты РНК, которые встречаются у большинства штаммов и жизненно важны для вируса. Если бить по таким зонам, появляется шанс создать средство широкого действия, которое будет работать против множества вариантов гриппа, а не против нескольких конкретных. На фоне привычных противовирусных препаратов, которые со временем теряют эффективность из-за устойчивости, такая универсальность выглядит особенно заманчиво.

При этом Crispr-Cas13 не единственный кандидат в категории так называемых пан-гриппозных средств. Параллельно развиваются моноклональные антитела, которые тоже пытаются прицельно бить по устойчивым элементам вируса, а также препараты, усиливающие выработку интерферонов, молекул тревоги, которые запускают иммунную атаку. Но грипп слишком хорошо приспособлен к выживанию, поэтому ни один из подходов не выглядит лёгкой победой.

Мотивация искать новые решения понятна. Только грипп A, по оценкам, ежегодно приводит к смерти от 12 тысяч до 52 тысяч человек в США, и цифра сильно зависит от того, насколько тяжёлым оказался сезон. На этом фоне даже идея, которая кажется смелой, быстро становится предметом серьёзного обсуждения.

Скептицизм тоже есть, и он вполне прикладной. Профессор молекулярной генетики и микробиологии из Университета Дьюка Николас Хитон обращает внимание на два риска. Во-первых, Cas13 — это чужеродный белок бактериального происхождения, и организм может начать иммунную реакцию против него. Во-вторых, остаётся опасность так называемых внецелевых эффектов, когда инструмент задевает не только вирусную РНК, но и собственные РНК человека.

Первые попытки оценить безопасность уже были. В Институте Wyss при Гарвардском университете используют модель «лёгкое на чипе», где человеческие клетки лёгочной ткани и сосудов собирают в микросистему, имитирующую реальные процессы. Это удобно именно для тяжёлого гриппа, потому что при таких инфекциях вирус проникает глубоко, в альвеолы, крошечные воздушные мешочки, где идёт активное размножение. По словам Дональда Ингбера, одного из руководителей института и автора таких моделей, эксперименты показали, что клетки, обученные работать с Cas13, могли подавлять размножение разных штаммов, включая H1N1 и H3N2. При этом команда не увидела нежелательных внецелевых эффектов, а вместе с вирусной активностью снижались и воспалительные сигналы , которые обычно усиливаются при инфекции.

Даже с такими обнадёживающими результатами остаётся вопрос, который упирается не в идею, а в доставку. Ингбер подчёркивает, что направить липидные наночастицы с инструкциями так, чтобы они достигали альвеол глубоко в лёгких, очень сложно. А Хитон напоминает ещё об одном неприятном свойстве природы. Даже если удар приходится по важным участкам генома, вирус может попытаться уйти от давления мутациями. Как он говорит, «природа обычно находит способ», и такие истории часто заканчиваются тем, что патоген всё равно придумывает обходной путь.

Интересно, что Хитон параллельно думает и о другой стратегии, тоже связанной с Crispr, но уже оборонительной. Вместо атаки на вирус можно менять условия в организме так, чтобы гриппу стало труднее входить в клетки и размножаться. В этой версии используется Cas9 , который помогает выявлять гены человека, критически важные для жизненного цикла вируса. Учёные берут человеческие клетки, по одному выключают гены и проверяют, сохраняет ли грипп способность их заражать и убивать. В результате уже выделили важную цель. Вирус, судя по экспериментам, сильно зависит от гена SLC35A1, который отвечает за наличие определённых сахаров на поверхности клеток. Именно эти сахара грипп использует как рецептор, то есть как точку входа.

Звучит почти как идеальная кнопка «выключить грипп», но здесь тоже есть ограничения. Если бы человек мог полностью обходиться без SLC35A1, эволюция, вероятно, уже избавила бы нас от такого уязвимого элемента. Поэтому речь идёт не о полном отключении, а о более тонком подходе. Например, временно и локально снизить активность гена в конкретной части организма, чтобы вирусу стало трудно начать инфекцию, но при этом не возникло серьёзного вреда для человека. Это пока ранняя стадия исследований, но направление показывает, насколько широкой может оказаться роль Crispr в борьбе с вирусами .

Пока ни назальный спрей на основе Crispr-Cas13, ни инъекции не готовы для клиник. Но сама идея, что грипп можно останавливать не симптоматически и не только через иммунитет, а прямым вмешательством в его РНК, выглядит как шаг к новому классу противовирусных технологий . Если учёным удастся решить вопросы доставки и безопасности, грипп, который десятилетиями держит человечество в напряжении, может впервые столкнуться с противником, способным выключать его на уровне кода.