Tehnologia CRISPR, recunoscută pentru terapiile sale genetice inovatoare, ar putea reprezenta o soluție revoluționară împotriva gripei sezoniere și a noilor variante virale. O echipă de cercetători de la Institutul Peter Doherty pentru Infecții și Imunitate din Melbourne, Australia, condusă de Zhao, explorează utilizarea CRISPR pentru a dezvolta un tratament de ultimă generație. Această abordare ar putea inactiva virusurile gripale la nivel genetic, oferind o protecție mai eficientă decât antiviralele tradiționale, conform Wired.
Cum funcționează CRISPR-Cas13 împotriva gripei?
CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) este o tehnologie de editare genetică care permite modificarea codului genetic al celulelor vii. Există două versiuni principale: CRISPR-Cas9, care modifică ADN-ul, și CRISPR-Cas13, care acționează asupra ARN-ului. În cazul gripei, virusul are un cod genetic bazat pe ARN, ceea ce face din enzima Cas13 o armă eficientă.
„Cas13 poate ținti aceste virusuri ARN și le poate inactiva”, a explicat Zhao. Celulele umane nu produc în mod natural Cas9 sau Cas13. Aceste enzime se găsesc în sistemele imunitare ale bacteriilor și arhealelor, unde Cas13 ajută la dezactivarea virusurilor invadatoare, numite fagi.
Un spray nazal sau injectabil cu potențial antiviral
Echipa de cercetători dezvoltă un sistem inovator pentru a oferi aceleași beneficii oamenilor. Ideea, testată inițial în laborator ca antiviral împotriva COVID-19, constă într-un spray nazal sau o injecție care utilizează nanoparticule lipidice pentru a livra instrucțiuni moleculare celulelor infectate din tractul respirator.
Procesul este compus din două etape. Prima moleculă este un ARN mesager (ARNm) care instruiește celulele să producă Cas13. A doua este un ARN ghid care direcționează Cas13 către o secțiune specifică din codul ARN al virusului gripal.
Sharon Lewin, medic specialist în boli infecțioase la Institutul Peter Doherty și conducător al proiectului, explică: „Cas13 taie apoi ARN-ul viral, perturbând capacitatea virusului de a se replica și oprind efectiv infecția la nivel genetic.”
Prevenție și protecție pe termen lung
Deși scopul principal este utilizarea tehnologiei pentru a reduce infecțiile pe termen scurt, Zhao preconizează că spray-ul ar putea fi folosit și pentru prevenirea infecțiilor, de exemplu, în timpul unui sezon gripal deosebit de virulent.
„Practic, pregătiți celulele din tractul respirator să producă acest Cas13, ca un prim strat de apărare”, afirmă el. „Este ca și cum ai avea o armată – acei soldați ar fi înarmați și gata să-și întâlnească inamicul.”
Avantajele CRISPR-Cas13 față de antiviralele convenționale
Principalul avantaj al acestei abordări este capacitatea lui Cas13 de a fi modificat, prin intermediul ARN-ului ghid, pentru a ținti așa-numitele „regiuni conservate” ale codului genetic al gripei. Acestea sunt segmente de ARN care se găsesc în aproape toate tulpinile de gripă și sunt esențiale pentru supraviețuirea virusului.
Antiviralele convenționale, precum Tamiflu, țintesc doar anumite tulpini de gripă, care dezvoltă rapid rezistență. CRISPR-Cas13 se numără printre principalele inovații în domeniul antivirale „pan-gripă”, dar există și altele. Anticorpii monoclonali sunt, de asemenea, concepuți pentru a ținti regiunile conservate ale codului genetic al gripei, în timp ce alte medicamente vizează creșterea producției de interferoni, sistemul de alarmă încorporat al organismului care semnalează celulelor imunitare să atace un agent patogen invadator.
Obstacole și precauții
În condițiile în care tulpina de gripă A ucide anual între 12.000 și 52.000 de americani, în funcție de severitatea sezonului gripal, necesitatea unor alternative mai eficiente este evidentă. Totuși, Nicholas Heaton, profesor de genetică moleculară și microbiologie la Universitatea Duke, subliniază că trebuie depășite numeroase obstacole înainte ca spray-urile nazale sau injecțiile cu CRISPR-Cas13 să poată fi lansate.
„Îmi place ideea, dar [încă] introducem o proteină străină dintr-o bacterie în corpul cuiva”, explică el. „Așadar, va genera corpul un răspuns imunitar împotriva acesteia?”
Heaton atrage atenția și asupra „efectelor off-target”, riscul ca un tratament CRISPR să atace involuntar ARN-ul organismului, în loc să vizeze virusul invadator.
Evaluări preliminare promițătoare
O evaluare timpurie a siguranței a fost deja realizată la Institutul Wyss pentru Inginerie Biologică Inspirată de la Universitatea Harvard, unde oamenii de știință au utilizat celule pulmonare și vasculare umane pentru a crea un model de „plămân pe cip”. În cazul infecțiilor gripale severe, virusul gripal invadează și se replică în sacii de aer microscopici numiți alveole, ceea ce face din acesta un model util pentru a examina dacă antrenarea acestor celule să producă enzima Cas13 poate ajuta la combaterea gripei severe.
Conform lui Donald Ingber, directorul fondator al institutului, modelele de plămân pe cip au arătat că celulele alimentate cu Cas13 ar putea combate diverse tulpini de gripă – de la tulpina H1N1, responsabilă pentru pandemia de gripă porcină din 2009, până la H3N2, care a fost responsabilă pentru un focar de gripă sezonieră extrem de virulent în această iarnă.
Mai mult, nu s-au observat efecte secundare nedorite. „Nu am observat niciun efect off-target, ceea ce a fost surprinzător”, afirmă Ingber. „Am suprimat replicarea virală, dar și moleculele care mediază inflamația secretate atunci când țesuturile sunt infectate.”
Prudență și perspective viitoare
Cu toate acestea, oamenii de știință rămân prudenți. Ingber subliniază că găsirea unei metode pentru a livra o nanoparticulă lipidică care conține instrucțiunile pentru a produce Cas13 direct către celulele alveolelor din profunzimea plămânilor nu este o sarcină simplă. De asemenea, Heaton evidențiază că orice antiviral care țintește direct un virus poate contribui la încurajarea agentului patogen să muteze și mai mult, chiar și atunci când vizează părți esențiale ale codului său genetic.
„De obicei, observăm că natura are o modă proprie”, spune el. „Este ca în vechiul film Jurassic Park.”
Heaton lucrează, de asemenea, la modalități alternative de utilizare a puterii CRISPR pentru a ținti gripa. O altă idee ar putea fi aceea de a ne proteja, folosind enzima Cas9 pentru a ajusta propriul cod genetic și a ne face mai rezistenți la gripă. „Cu toții avem gene exprimate care permit virusului să pătrundă în celulele noastre și să se replice”, afirmă el. „Dar dacă am găsi unul dintre acești factori genetici cheie de care virusul are cu adevărat nevoie și l-am reduce puțin? Există ceva în biologia noastră care poate fi diminuat, de care gripa nu se poate lipsi?”
Pentru a explora acest lucru, cercetătorii au realizat o serie minuțioasă de experimente. Grupurile de cercetare, inclusiv laboratorul lui Heaton, preiau celule umane, utilizează Cas9 pentru a elimina genele, una câte una, și apoi observă dacă virusul gripal le poate distruge în continuare. Acest lucru a dus deja la o descoperire importantă: virusul gripal se bazează pe o genă numită SLC35A1, care garantează prezența anumitor zaharuri pe suprafața celulelor noastre. Potrivit lui Heaton, această genă reprezintă punctul vulnerabil al gripei.
„Gripa folosește aceste zaharuri ca receptor”, explică el. „Teoretic, dacă ai putea crea un inhibitor al acelei gene și cineva l-ar inhala, ar opri practic întreaga gripă.”
Desigur, având în vedere că mamiferele și gripa se află într-o cursă biologică de milioane de ani, evoluția a eliminat probabil deja SLC35A1 dacă oamenii ar putea supraviețui fără ea. Cu toate acestea, Heaton nu exclude o abordare mai nuanțată. „Ce s-ar întâmpla dacă nu am elimina complet această genă?” întreabă el. „Ce s-ar întâmpla dacă am reduce-o temporar doar într-o anumită parte a organismului nostru? Ar fi tolerat? Aceste tehnologii sunt încă în stadii foarte incipiente, dar îmi place ideea de a descoperi gene care pot restricționa capacitățile virusului și de a verifica dacă ar fi sigur.”
