Tehnologia CRISPR, recunoscută pentru terapiile genetice inovatoare, ar putea reprezenta o soluție revoluționară în combaterea 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, investighează utilizarea CRISPR pentru a dezvolta un tratament de ultimă generație. Această abordare ar putea inactiva virusurile gripale la nivel genetic, oferind o protecție mai extinsă decât antiviralele standard, conform Wired.
Cum funcționează CRISPR-Cas13 împotriva gripei?
CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) este o tehnologie de editare genetică ce permite modificarea codului genetic al organismelor vii. Există două versiuni principale: CRISPR-Cas9, care modifică ADN-ul, și CRISPR-Cas13, care acționează asupra ARN-ului. Dat fiind că virusul gripal are un cod genetic bazat pe ARN, enzima Cas13 devine o armă eficientă împotriva acestuia.
„Cas13 poate să țintească aceste virusuri ARN și să le inactiveze”, a explicat Zhao. Celulele umane nu produc în mod natural Cas9 sau Cas13, aceste enzime fiind întâlnite în sistemele imunitare ale bacteriilor și arheelor, unde Cas13 ajută la dezactivarea virusurilor invadatoare, denumite fagi.
Un spray nazal sau injectabil cu potențial antiviral
Echipa de cercetători dezvoltă un sistem inovator pentru a furniza aceleași beneficii oamenilor. Această idee, inițial testată 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 se desfășoară în două etape. Prima moleculă este un ARN mesager (ARNm) care instruiește celulele să producă Cas13. A doua este un ARN ghid care îndrumă Cas13 către o secțiune specifică din codul ARN al virusului gripal.
Sharon Lewin, medic specializat în boli infecțioase la Institutul Peter Doherty și coordonatorul 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 obiectivul principal este utilizarea tehnologiei pentru a reduce infecțiile pe termen scurt, Zhao anticipează că spray-ul ar putea fi folosit și pentru prevenirea infecțiilor, în special în timpul unui sezon gripal cu o virulență deosebită.
„Practic, pregătiți celulele din tractul respirator să producă acest Cas13, ca un prim strat de apărare,” spune el. „Este ca și cum ai avea o armată – acei soldați ar fi echipați și pregătiți să înfrunte inamicul.”
Avantajele CRISPR-Cas13 față de antiviralele convenționale
Principalul avantaj al acestei abordări constă în faptul că Cas13 poate fi modificat, prin intermediul ARN-ului ghid, pentru a ținti așa-numitele „regiuni conservate” ale codului genetic al gripei. Aceste regiuni sunt segmente de ARN întâlnite în aproape toate tulpinile de gripă și sunt esențiale pentru supraviețuirea virusului.
Antiviralele convenționale, cum ar fi Tamiflu, țintesc doar anumite tulpini de gripă, care pot dezvolta rapid rezistență. CRISPR-Cas13 reprezintă una dintre principalele inovații printre antiviralele „pan-gripă”, dar există și alte opțiuni. Anticorpii monoclonali sunt de asemenea concepuți pentru a viza regiunile conservate ale codului genetic al gripei, în timp ce alte medicamente stimulează creșterea producției de interferoni, sistemul de alarmă al organismului care avertizează celulele imunității să atace agenții patogeni invadatori.
Obstacole și precauții
Cu tulpina de gripă A provocând moartea a între 12.000 și 52.000 de americani anual, în funcție de gravitatea sezonului de gripă, nevoia de alternative mai bune 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 devină disponibile.
„Îmi place ideea, dar [încă] introducem o proteină străină dintr-o bacterie în corpul cuiva”, afirmă el. „Deci, va produce corpul un răspuns imunitar împotriva ei?”
Heaton avertizează, de asemenea, cu privire la „efectele off-target”, riscul ca un tratament CRISPR să atace din greșeală propriul ARN al organismului, pe lângă virusul invadator.
Evaluări preliminare promițătoare
O evaluare timpurie a siguranței a fost deja realizată la Institutul Wyss pentru Inginerie Biologic Inspirată de Universitatea Harvard, unde cercetătorii au folosit celule pulmonare și vasculare umane pentru a crea un „plămân pe cip”. În cazul infecțiilor gripale severe, virusul gripal invadează și se multiplică în sacii microscopici de aer denumiți alveole, făcând din acesta un model util pentru a analiza dacă antrenarea acestor celule pentru a produce enzima Cas13 poate ajuta la combaterea gripei severe.
Conform lui Donald Ingber, directorul fondator al institutului care a creat modelele de plămân pe cip, studiile au arătat că celulele antrenate 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 provocat un focar de gripă sezonieră foarte virulent în această iarnă.
Mai mult, nu au existat efecte secundare nedorite observate. „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, în mod natural, prudenți. Ingber subliniază că găsirea unei modalități de a livra o nanoparticulă lipidică ce conține instrucțiunile pentru producerea de Cas13 direct către celulele alveolelor profunde în plămâni nu este o sarcină simplă. Heaton adaugă de asemenea că orice antiviral care vizează direct un virus poate stimula agentul patogen să muteze și mai mult, chiar dacă țintește părți esențiale ale codului său genetic.
„De obicei, ceea ce descoperim este că natura găsește o cale,” afirmă el. „Este precum în filmul vechi Jurassic Park.”
Heaton lucrează, de asemenea, la modalități alternative de utilizare a puterii CRISPR pentru a ținti gripa. O altă idee ar putea fi să ne ajustăm propriul cod genetic folosind enzima Cas9 pentru a ne face mai rezistenți la gripă. „Toți avem gene care facilitează virusului să intre în celulele noastre și să se reproducă”, spune el. „Dar dacă am putea identifica unul dintre acești factori genetici esențiali pe care virusul se bazează și pur și simplu să-l reducem puțin? Există ceva în biologia noastră de care ne putem lipsi, dar de care gripa nu se poate lipsi?”
Pentru a explora acest aspect, cercetătorii au efectuat o serie minuțioase de experimente. Grupuri de cercetare, inclusiv laboratorul lui Heaton, preiau celule umane, folosesc Cas9 pentru a elimina genele una câte una și apoi observă dacă virusul gripal le poate ucide în continuare. Aceasta a condus deja la o descoperire semnificativă: gripa depinde de o genă numită SLC35A1, care asigură prezența anumitor zaharuri pe suprafața celulelor noastre. Potrivit lui Heaton, această genă este propriul călcâi al lui Ahile al gripei.
„Gripa folosește acele zaharuri ca receptor,” afirmă el. „Teoretic, dacă ai putea dezvolta un inhibitor al acelei gene și l-ai face pe cineva să-l inhaleze, acesta ar opri practic toată gripa.”
Desigur, având în vedere că mamiferele și virusul gripal sunt implicate într-o cursă biologică de milioane de ani, evoluția ar fi eliminat probabil deja SLC35A1 dacă ar fi fost posibil ca oamenii să supraviețuiască fără ea. Cu toate acestea, Heaton nu exclude o abordare mai nuanțată. „Ce s-ar întâmpla dacă nu am elimina complet această genă?”, se întreabă el. „Ce s-ar întâmpla dacă am reduce-o temporar în anumite părți ale corpului nostru? Ar fi tolerată? Este încă foarte devreme cu aceste tehnologii, dar îmi place ideea de a identifica genele care pot limita abilitățile virusului și apoi de a investiga dacă ar fi sigur.”
