CRISPR 通常被認為是編輯 DNA 以修復基因缺陷或增強某些性狀的實驗室工具——但這種機制最初在細菌中進化出來，作為一種抵禦稱為噬菌體的病毒的方式。現在，科學家們已經找到一種方法來調整這種能力，以對抗人體細胞中的病毒。
在最近的一項研究中，馬薩諸塞理工學院和哈佛大學博德研究所的 Catherine Freije、Cameron Myhrvold 和 Pardis Sabeti 及其同事，對一種 CRISPR 相關酶進行程式設計，以靶向三種不同的單鏈 RNA 病毒，並在體外培養的人類胚胎腎細胞（以及人類肺癌細胞和犬腎細胞）中將其切碎，使其基本上無法感染其他細胞。如果進一步的實驗表明這個過程在活體動物中有效，那麼它最終可能為人類的埃博拉或寨卡病毒等疾病帶來新的抗病毒療法。
病毒有多種形式，包括 DNA 和 RNA，雙鏈和單鏈。大約三分之二感染人類的病毒是 RNA 病毒，而且許多病毒沒有批准的治療方法。現有的療法通常使用一種小分子來干擾病毒複製——但這種方法對新出現的病毒或快速進化的病毒無效。
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“CRISPR”指的是細菌基因組中一系列 DNA 序列，這些序列是之前噬菌體感染遺留下來的。當細菌再次遇到這些病原體時，稱為 CRISPR 相關 (Cas) 蛋白的酶會識別並結合病毒中的這些序列並將其摧毀。近年來，研究人員（包括研究合著者馮張）重新設計了一種名為 Cas9 的酶，以切割和貼上人體細胞中的 DNA。該酶與一種稱為引導 RNA 的短基因標籤結合，引導該酶到達基因組的特定部分進行切割。之前的研究已經使用 Cas9 來阻止雙鏈 DNA 病毒或在複製過程中產生 DNA 中間步驟的單鏈 RNA 病毒的複製。只有一小部分感染人類的 RNA 病毒產生這種 DNA 中間體——但另一種 CRISPR 酶，稱為 Cas13，可以被程式設計來切割單鏈 RNA 病毒。
“CRISPR 系統和像 Cas13 這樣的系統的優點在於，它們最初在細菌中的目的是防禦細菌的病毒感染，因此我們有點想讓 Cas13 迴歸其原始功能——並將此應用於哺乳動物細胞中的哺乳動物病毒，”哈佛大學病毒學博士生 Freije 說。“由於 CRISPR 系統依賴於引導 RNA 來特異性地引導 CRISPR 蛋白靶向目標，我們認為這是一個很好的機會，可以將其用作可程式設計的抗病毒藥物。”
Freije 和她的同事對 Cas13 進行程式設計，以靶向三種不同的病毒：淋巴細胞脈絡叢腦膜炎病毒 (LCMV)、甲型流感病毒 (IAV) 和水皰性口炎病毒 (VSV)。LCMV 是一種主要感染小鼠的 RNA 病毒——但它與導致拉沙熱的病毒屬於同一家族，拉沙熱在西非發現，在實驗室研究中更危險。IAV 是一種流感病毒；儘管已經存在一些抗流感藥物，但此類病毒進化迅速，因此需要更好的選擇。最後，VSV 是許多其他單鏈 RNA 病毒的模型。
為了確定 Cas13 在摧毀病毒方面的有效性，研究人員還將其用作診斷工具，以檢視有多少病毒 RNA 從受感染的細胞中釋放出來。他們觀察到 RNA 減少了 2 倍到 44 倍，具體取決於他們觀察的病毒和時間點。他們還研究了釋放的 RNA 在感染新細胞方面的能力。根據 Freije 的說法，在大多數情況下，他們觀察到感染性降低了 100 倍——在某些情況下，超過 300 倍。這些發現於 10 月 10 日線上發表在分子細胞雜誌上。
蒙特利爾猶太綜合醫院 Lady Davis 研究所和麥吉爾大學微生物學和免疫學系的教授陳亮（音譯）說：“結果非常令人印象深刻。” 他沒有參與這項研究。他自己的實驗室已經使用 Cas9 酶來滅活 DNA 病毒。他說，概念非常相似，但 Cas13 有一些優勢。首先，Cas13 可以使用多個引導 RNA 靶向一種病毒，使病毒難以“逃脫”。其次，這項新研究還使用 Cas13 來檢測剩餘多少病毒 RNA 來感染細胞。梁說，該小組實現的病毒擊倒量“非常顯著”。“如果你可以靶向和滅活所有這三種病毒，原則上，你可以滅活任何病毒。”
與任何方法一樣，都存在侷限性。梁指出，其中之一是如何將 Cas13 輸送到活人身上以靶向病毒的問題，研究人員尚未進行任何動物研究。另一個是病毒最終會產生耐藥性。但 Cas13 在這方面具有優勢：當 Cas9 切割病毒 DNA 時，哺乳動物細胞會修復它，並可能導致突變，從而使病毒更具耐藥性。然而，對於 Cas13，這些細胞沒有機制來修復 RNA 並引入錯誤，從而幫助病毒逃脫被摧毀。即使病毒確實產生了耐藥性，或者遇到了新病毒，該方法也可以快速調整。
哈佛大學博士後研究員 Myhrvold 說：“關於這種方法最令人興奮的事情之一是可程式設計性。” “一旦你弄清楚如何針對一種病毒做好這一點，設計針對另一種病毒或另一種病毒的序列並不難。此外，如果病毒改變了自己的序列——正如病毒已知的那樣，只是在爆發期間或為了應對治療——你可以非常容易地更新 CRISPR RNA 序列並跟上病毒的步伐。”
Freije 對此表示贊同。“我們絕對對最佳化系統並在小鼠模型中進行試驗的未來前景感到興奮，”她說。除了治療學，該團隊希望更多地瞭解病毒如何運作——它們如何複製以及它們基因組的哪些部分最重要。使用類似的方法，“你可以真正開始更好地瞭解這些病毒的哪些部分，最重要的是，是什麼真正讓它們運轉。”