CRISPR 非萬能,HIV 病毒能快速突變逃過 CRISPR 掌控

作者 | 發布日期 2016 年 07 月 17 日 0:00 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly

過去三年多來,CRISPR 基因編輯技術在生技領域越來越受歡迎,科學家以這項同時具有高效率以及高準確度的系統不斷在生物技術領域獲得新進展。今年 4 月剛發表於科學期刊 Cell Reports 的研究,以 CRISPR-Cas9 技術對抗 HIV(人類免疫缺陷病毒,愛滋病即為此病毒感染造成)感染,更是值得注意的未來方向。然而,參與這項研究的研究人員卻提出了另一項疑慮必須解決,可能會使得這項技術真正運用至醫療層面的時間延後。



HIV 攻擊宿主免疫系統中的 T 細胞後,會將自己的病毒基因組嵌入到宿主 DNA 中,並盜用宿主的 DNA 複製機制複製病毒自己的基因。但是 T 細胞有自己的 DNA 修剪酵素 Cas9,搭配能夠定位 HIV 基因中特定序列的 RNA,就能夠將 Cas9 帶至特定序列處進行裁切,讓入侵者的基因斷裂失去功能,以此對付外來入侵者並保護自己。

這項由來自加拿大蒙特婁麥基爾大學的病毒學家 Chen Liang 所帶領的研究團隊,得到了看似可行的實驗結果,能夠提供被感染的 T 細胞對付 HIV 病毒的 CRISPR 工具。來自美國北卡羅萊納州德罕的杜克大學的病毒學家 Bryan Cullen 雖然沒有參與這項研究,但曾經以 CRISPR 技術對包含 HIV 等各種病毒進行基因修改。他認為 CRISPR 這項技術在培養組織中進行起來簡單又有效。

但在兩周後,研究團隊卻發現 T 細胞中有些 HIV 病毒逃過 CRISPR 的攻擊,進而產生了許多 HIV 病毒顆粒。經由 DNA 定序發現,這些逃過 CRISPR 攻擊的病毒在 CRISPR 系統中 Cas9 酵素作用的位置上都產生了突變。

儘管如此,研究團隊不認為 HIV 成功逃過 CRISPR 能單純以一般 DNA 複製時所產生的突變來解釋,也就是說,這些突變可能不是一般機率造成的突變,而是因為 Cas9 酵素在病毒 DNA 進行截切時伴隨著的插入或刪除幾對鹼基的DNA序列所造成的突變。

當 DNA 被截切,宿主細胞會嘗試修補截切產生的裂縫,而在修補的過程中難免出現一些突變,嵌入或刪除幾個 DNA 鹼基所造成的序列突變就被稱為「indels (取嵌入 insert 及刪除 delet 合併成的單詞)」。這些 indels 的產生也正是 CRISPR 系統之所以能夠使入侵者基因失去功能的緣故。但是這個機制並不完美,有的時候 T 細胞攻擊外來基因的結果使得入侵的 HIV 病毒仍能夠進行複製並感染其他細胞。這還不是最糟的狀況,這些 HIV 病毒基因中的突變序列無法再次被 T 細胞的 CRISPR-Cas9 系統辨識,也就代表我們再也不能利用 CRISPR 來對付這些突變的病毒。

類似的現象也被另一個研究團隊所提出,由來自荷蘭阿姆斯特丹大學分子生物學家 Atze Das 所帶領的團隊在 2 月將他們的研究發表於科學期刊 MolecularTherapy 中。他們認為 HIV 能夠逃過 CRISPR 系統並不奇怪,真正令人驚訝的是這個過程發展速度非常快。

Atze Das 和 Chen Liang 都認為這個問題並非無解,只要同時針對多個 HIV 病毒重要的基因序列進行攻擊,或者在運用 CRISPR 系統的同時以其他攻擊 HIV 的藥物輔助,都能降低突變造成的影響。直接以基因修改做為治療 HIV 感染的方法好處,在於它能夠讓 T 細胞能夠抵抗 HIV 入侵,病毒想要再次攻擊 T 細胞的難度會上升,因為修改基因的對象是人類而不是病毒。目前基因修改技術已經開始應用於臨床醫療已經開始進行,不過運用的是另一種被稱為鋅指核酸酶(Zinc-finger nucleases,ZFN)的基因編輯工具。

Cullen 博士也同樣認為雖然 CRISPR 技術可能導致 HIV 病毒得以突變而不受 CRISPR 限制,但這並不表示以 CRIPSR 技術治療  HIV 感染的可能性就此破滅。目前常用於治療 HIV 感染的方式是將大量的各種抗病毒藥物混合一起服用,也就是所謂的雞尾酒療法。隨著醫療科技發展,雞尾酒療法在近年來控制 HIV 感染的效用越來越好,相對的,若要以 CRISPR 技術運用於治療 HIV 感染,就需要在病患體內對一定數量的 T 細胞進行基因修改。這樣的狀況下,CRISPR 療法究竟適不適合發展就會成為一個值得考慮的問題。

(首圖來源:Flickr/NIAID CC BY 2.0)

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