Crispr Có Thể Trở Thành Vũ Khí Diệt Virus Tiếp Theo Của Nhân Loại?

Vào ngày 19 tháng 2, Tim Abbott, một sinh viên nghiên cứu tiến sĩ tại Bộ môn Kỹ thuật Sinh học của Đại học Stanford, kiểm tra kết quả của một thí nghiệm mà anh đang thực hiện như một phần của một đội ngũ sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen Crispr để chiến đấu chống lại virus corona. Abbott đang làm việc tại phòng thí nghiệm của Stanley Qi, một người tiên phong phát triển các công cụ Crispr có thể làm thay đổi tế bào ung thư và tương tự để chiến đấu chống lại các bệnh. Sử dụng phương pháp được phòng thí nghiệm gọi là PAC-MAN (Chống Virus Dự phòng Crispr trong tế bào người), ý tưởng là tấn công virus corona bằng cách hướng một loại torpedo Crispr vào nó, tấn công cấu trúc gen của virus mà cho phép nó xâm nhập vào tế bào người và sau đó sử dụng máy móc của tế bào để tự nhân bản.

Trong thí nghiệm cụ thể này, anh đã đưa vào hệ thống Crispr của phòng thí nghiệm để tìm và tiêu diệt SARS-Cov 2 (những gì các nhà khoa học gọi là virus corona mới) vào một dung dịch chứa một đoạn tổng hợp không hoạt tính của virus đó. Giống như tất cả các hệ thống Crispr khác, hệ thống này được tạo thành từ hai phần: một enzyme và một dải RNA gọi là "hướng dẫn RNA." RNA hướng dẫn enzyme, trong trường hợp này là Cas-13d, để kết nối với những điểm cụ thể trong gen của virus corona nơi sau đó nó thực hiện một loạt các cắt. Bạn có thể tưởng tượng nó giống như một cặp kéo được lập trình để quét một cuốn sách nấu ăn và cắt chỉ trang chứa công thức cho SARS-Cov-2.

Sau khi Abbott phân tích dữ liệu, anh gọi Marie La Russa, một nhà nghiên cứu quản lý dự án, để xác nhận những gì anh đã thấy. Hệ thống Crispr nhắm vào coronavirus đã giảm lượng virus trong dung dịch đi 90%. Nếu được phân phối hiệu quả, họ lý thuyết rằng tỷ lệ tiêu diệt này có thể đủ để ngăn chặn bệnh trong người.

Kết quả này, cùng với những kết quả khác được đưa ra trong một bài báo được công bố cuối tuần qua - dưới dạng bản thảo và chưa được đồng nghiệp kiểm tra - cho thấy chúng ta có thể đang bước vào một thời đại phát triển vũ khí Crispr mới chống lại các loại virus gây chết người, từ cúm đến coronavirus. Phương pháp PAC-MAN,” tác giả viết, “có thể là một chiến lược toàn diện có thể triển khai nhanh chóng để đối phó với các dòng virus mới gây đại dịch.”

Nhưng trước khi bạn nhảy ra khỏi nơi cách ly để hoan hô, nhấn mạnh từ “có thể.” Như đội ngũ Stanford thừa nhận, bài báo của họ hơn hết là một bản thiết kế, hoặc bằng chứng về ý tưởng, chứ không phải là một phương pháp điều trị y tế thực sự sẵn sàng để thử nghiệm trên động vật hoặc con người. Dự án có một số yếu tố X nghiêm trọng, bao gồm việc họ không thể thử nghiệm PAC-MAN trên coronavirus thực tế. Họ vẫn chưa phát triển hệ thống để đưa nó vào tế bào người. Và, như Fyodor Urnov, một giáo sư tại Khoa Sinh học và Tế bào của Đại học California Berkeley, chỉ ra, thậm chí nếu nó hoạt động, vẫn còn một đoạn đường dài giữa bản thảo và thử nghiệm lâm sàng. “Không có khả năng gì cả rằng phương pháp này có thể được thử nghiệm trên con người trong vòng bốn đến sáu tháng tới,” Urnov nói. “Theo phương pháp tương tự, nếu chúng ta đang cố gắng đến mặt trăng và trở về an toàn, điều mà công việc này cho thấy là có thể xây dựng một tên lửa đạt được tốc độ thoát ra.”

Không, đây không phải là một giải pháp nhanh chóng, nhưng làm việc trên các dự án quy mô lớn không phải là ý tưởng tồi. “Chúng ta đang ở giai đoạn trong lịch sử loài người mà mọi ý tưởng có trách nhiệm đều nên được thực hiện, vượt ra khỏi các công cụ chúng ta có, đã được phát triển từ thế kỷ 13 (cách ly), thế kỷ 17 (thuốc men) và thế kỷ 18 (tiêm chủng).”, Laurie Zoloth, cố vấn cấp cao cho hiệu trưởng tại Đại học Chicago về chương trình về đạo đức xã hội nói. “Crispr rất mới, chưa được chứng minh hiệu quả trong bệnh tật ở con người, nhưng có lý là nó có thể hoạt động.”

Sức mạnh chỉnh sửa gene của công nghệ Crispr ngày càng được hướng vào chiến đấu chống lại các bệnh tật, ban đầu là chống lại các bệnh di truyền. Nhưng gần đây hơn, nó đã được khai thác để chiến đấu chống lại các bệnh nhiễm trùng, bao gồm cả coronavirus mới. Ví dụ, nhiều đội ngũ trong và ngoài giới học thuật đều đang nghiên cứu việc sử dụng Crispr để kiểm tra hiệu quả hơn. Công ty tư nhân Mammoth Biosciences tuyên bố đã phát triển một bài kiểm tra cho Covid-19 giảm thời gian kết quả từ vài giờ xuống dưới 30 phút. Sherlock Biosciences đã tạo ra một giao thức có thể có khả năng cho một loại bài kiểm tra tương tự như bài kiểm tra thai, đưa ra một tín hiệu dương trên một dải kiểm tra.

Nỗ lực sử dụng Crispr để ngăn chặn hoặc chiến đấu chống lại coronavirus cũng đang nảy mầm từ các dự án hiện tại được thiết kế để chiến đấu chống lại cúm và các virus lây nhiễm khác. Năm 2018, Darpa bắt đầu một chương trình kéo dài bốn năm mang tên Prepare. Theo đề xuất của nó, ý tưởng là sử dụng các phương pháp gen để "tạo ra các biện pháp phòng ngừa y tế mới để sử dụng trong tương lai cho con người." Phòng thí nghiệm của Qi tại Stanford là một trong những người nhận hỗ trợ tài trợ. Tháng 4 năm 2019, họ bắt đầu nghiên cứu về một phương pháp dựa trên Crispr để chiến đấu chống lại cúm. Tự nhiên, khi coronavirus lan rộng vào đầu năm nay, nhóm đã chú ý, và vào cuối tháng 1, họ chuyển sự tập trung của họ sang virus mà hiện đã thay đổi cách chúng ta sống.

Việc đối mặt với virus cụ thể này là một thách thức. Theo Qi, coronavirus có 30.000 nucleotide, và guide RNA được cung cấp bởi Crispr chỉ có thể nhắm mục tiêu các khu vực của 22 nucleotide để cắt. Đã mất rất nhiều tính toán sinh học thông tin và thử nghiệm để xác định các điểm tốt nhất để tấn công.

Cuộc tấn công chính nó, theo Qi, là một cuộc tấn công gen hai mặt, ảnh hưởng đến mục tiêu. "Một hiệu ứng là giảm nồng độ gen virus bên trong tế bào của con người", ông nói. "Thứ hai là ngăn chặn việc sản xuất các protein virus" mà nó sẽ sử dụng để tạo ra bản sao của chính nó và áp đặt lên các phòng thủ của cơ thể.

Tính chất của cuộc tấn công đã truyền cảm hứng cho biệt danh trò chơi điện tử của nó. "Tôi thích videogames", Qi nói. "Pac-Man cố gắng ăn cookies, và nó bị bắt chước bởi một hồn ma. Nhưng khi nó gặp một loại cookie cụ thể được gọi là power cookie - trong trường hợp của chúng tôi sẽ là một thiết kế Crispr Cas13 - đột nhiên nó trở nên mạnh mẽ. Nó có thể bắt đầu ăn hồn ma và bắt đầu làm sạch toàn bộ chiến trường.

Nhưng trước khi PAC-Man có thể cố gắng làm sạch bất cứ thứ gì, nhóm Stanford phải làm rất nhiều công việc để chứng minh rằng ý tưởng của họ sẽ hoạt động trong cơ thể con người thực tế.

Nhược điểm lớn nhất cho đến nay là họ không sử dụng coronavirus SARS-Cov-2 thực tế trong thí nghiệm. Vì họ không thể có đủ mẫu coronavirus và không có sự cho phép để xử lý virus nguy hiểm, nhóm của Qi đã tạo ra những gì họ gọi là một phiên bản tổng hợp, không tự nhân bản mà họ cảm thấy thể hiện các đặc tính gen liên quan để phục vụ như một người đóng thay cho virus thực sự.

Nhóm Stanford cho rằng kết quả của họ quan trọng, ngay cả khi không có virus sống. "Sử dụng các đoạn của coronavirus cho thấy có các khu vực mà chúng ta có thể nhắm mục tiêu và can thiệp," Abbott nói. "Điều này sẽ không chỉ là một khái niệm - cuối cùng nó sẽ được triển khai nhanh chóng vào một cái gì đó có thể triển khai nhanh chóng."

Nhưng các nghiên cứu khác cho biết để chứng minh bạn có thể làm cho virus trở nên vô hại, bạn phải sử dụng thứ thực sự. "Những virus này nhân bản nhanh chóng," Philip Santangelo, một giáo sư tại Đại học Georgia Tech, là một phần của một nhóm (cũng nhận một trong những học bổng Prepare của Darpa) đang làm việc về một phương pháp dựa trên Crispr tương tự để chiến đấu chống lại các đợt bùng phát giống như cúm và hiện đang nghiên cứu về coronavirus. "Nghiên cứu của họ không đối mặt với những động lực đó."

Vấn đề khác: Chưa có hệ thống phân phối đã được chứng minh cho liệu pháp dựa trên Crispr để điều trị virus. Một trong những vấn đề liên tục của y học Crispr là cách để đưa liệu pháp đến các tế bào đúng cách. Phổi, nơi cuộc chiến chống lại coronavirus phải diễn ra, là một chiến trường đặc biệt khó khăn - tương đối khó tiếp cận và đầy nhầy mủ có thể gây trở ngại trong quá trình nhắm mục tiêu. Qi nói rằng trong khi có nhiều lựa chọn tiềm năng, anh vẫn chưa tìm ra cách hoàn hảo để giới thiệu RNA PAC-MAN vào virus. Có lẽ, anh gợi ý, giải pháp của ai đó cho vấn đề này đã có sẵn. “Đó là một trong những lý do tại sao chúng tôi đăng bài nhanh chóng như vậy,” anh nói. “Một số người có thể có phương pháp phân phối tuyệt vời.”

Nhóm của Santangelo tại Đại học Georgia Tech, đang hợp tác với một số trường đại học khác, tin rằng câu trả lời là một máy phun sương, một thiết bị hít sương cho phép người thử nghiệm hít vào liệu pháp dựa trên Crispr. Trong thực tế, tuần này, họ đang thử nghiệm kết hợp máy phun sương/Crispr trên một con chuột.

Cuối cùng, tiêu đề bài báo mô tả việc sử dụng Crispr như một “chiến lược phòng ngừa” để chống lại coronavirus mới. Điều đó có nghĩa là một hệ thống được thiết kế để giữ cho những người chưa nhiễm virus. Nhưng Crispr vẫn rất mới mẻ, và cho đến nay chỉ có ba thử nghiệm trên con người được FDA chấp thuận sử dụng Crispr để điều trị một căn bệnh. Mặc dù không có nghiên cứu nào đã phát hiện ra rằng nó gây tổn thương, nhưng các nhà nghiên cứu vẫn cảnh báo; thử nghiệm trước đây với việc giới thiệu tế bào được sửa đổi gen vào người đã dẫn đến việc viêm nhiễm cực độ, trong một số trường hợp, đã giết người hoặc gần như như vậy.

"Đó là một trong những điều cần phải được làm rõ," La Russa nói. "Nếu hệ thống miễn dịch của bạn không thích có protein đó trong cơ thể bạn, thì có lẽ cân bằc giữa rủi ro và phần thưởng tốt hơn khi nó được sử dụng chỉ như một liệu pháp."

Cuối cùng, giống như bất kỳ liệu pháp mới nào khác, phòng ngừa Crispr cho một virus vẫn cần phải được kiểm tra trên cả động vật và con người, và sau đó qua quy trình đánh giá nghiêm ngặt của FDA.

Đối với tất cả những điều đó, bài báo của Stanford có lẽ một ngày nào đó sẽ được xem xét như một cột mốc. Lời hứa cuối cùng của một hệ thống dựa trên Crispr là một khi bạn xác định được các mục tiêu gen của một virus mới, việc sửa đổi một liệu pháp trước đó là một quy trình đơn giản hơn và có thể được triển khai nhanh chóng. "Vì vậy có lẽ trong tương lai, chúng ta sẽ có một hệ thống hoàn toàn không chú ý đến vi rút bạn đang [chiến đấu]," Abbott nói. "Tất cả những gì bạn cần làm là thay đổi một phần đơn giản, và sau đó, bùm, bạn thực sự được bảo vệ chống lại loại vi rút mới này." (Anh ấy thừa nhận rằng FDA vẫn phải chấp thuận bất kỳ sử dụng mới nào cho phương pháp điều trị.)

Đó có lẽ là một trong những lý do tại sao Urnov, giáo sư Berkeley, gọi bài báo của Stanford là "một viên gạch quan trọng, nhưng chưa phải là duy nhất, trong bức tranh tổng thể về cách đối mặt với những đe dọa vi rút mới đối với sức khỏe con người."

Đúng vậy, chúng ta có thể cần một bức tranh ghép hoàn chỉnh ngay bây giờ. Nhưng bản in trước đây này, mặc dù là một sự giả tưởng, gợi ý rằng có thể vào lúc đợt dịch bệnh kế tiếp xảy ra, chúng ta sẽ có nhiều vũ khí hơn để chiến đấu nó so với vắc xin và thuốc hiện tại. Hiện tại, trong khi chúng ta ẩn náu tại chỗ, Pac-Man duy nhất chúng ta có được sẽ là trên màn hình video.

Nhiều thông tin khác về Covid-19 từ MYTOUR

• Distancing xã hội là gì? (Và các câu hỏi thường gặp về Covid-19, đã được trả lời)
• Đừng rơi vào vòng xoáy lo lắng về lo ngại coronavirus
• Làm thế nào để tự làm nước rửa tay của bạn
• Singapore đã sẵn sàng cho Covid-19—các quốc gia khác, hãy chú ý
• Việc đặt hàng giao hàng trong đại dịch có đạo đức không?
• Đọc tất cả bài viết của chúng tôi về bảo vệ coronavirus tại đây