Vedci sú na stope lieku, ktorý by mohol zastaviť takmer každý vírus. Inšpirovali sa počítačmi
Vedci zo Stanfordu vyvinuli nový spôsob boja s vírusmi pomocou technológie CRISPR. Namiesto predpovedania mutácií rozoberá RNA vírusov priamo v bunkách a môže fungovať aj proti chrípke či covidu.
Boj s vírusmi je niečo ako večná naháňačka mačky s myšou. Keď si myslíme, že ju už máme, znovu nám ujde. Presne takto funguje aj vývoj vakcín, ktorých cieľom je naučiť imunitný systém, ako sa má brániť. Vedci vždy tipujú, ktorý z mnohých kmeňov bude v danej sezóne dominantný, a podľa toho pripravia vakcínu. Lenže nie raz sa ukázalo, že vírus bol o krok vpredu a výsledkom bola pandémia. Podobný scenár sledujeme aj tento rok. Kmeň chrípky typu A si „vybral svoju chvíľu“ a robí presne to, čo vie najlepšie. Vakcína podaná pred sezónou tak často len bezmocne sleduje, ako sa vírus šíri ďalej. Jednoducho sa objavila mutácia, s ktorou sa nepočítalo.
Práve preto sa výskumníci zo Stanfordu rozhodli hľadať úplne iný spôsob ochrany pred vírusmi. Inšpiráciu našli tam, kde by ju čakal málokto, v počítačových antivírusoch. Namiesto toho, aby sa snažili hádať, ako bude vyzerať ďalšia mutácia vírusu, sa zamerali na to, ako mu rozobrať genetický kód na kúsky, ktoré už nebude vedieť použiť. Na tento účel siahli po technológii CRISPR, ktorú si väčšina ľudí spája skôr s úpravou DNA. V tomto prípade ju však vedci obrátili proti RNA vírusom, ako sú SARS-CoV-2 či chrípka.
Celé riešenie stojí na enzýme Cas13, ktorý funguje ako molekulárne „nožnice“ špecializované na RNA. Spolu s ním pracuje aj vodiaca RNA (crRNA alebo gRNA), ktorá slúži ako presná navigácia. Vďaka nej Cas13 presne vie, na ktoré časti vírusovej RNA má zaútočiť. Nejde pritom o náhodné úseky, ale o takzvané konzervované oblasti genómu, časti, bez ktorých vírus jednoducho nefunguje a ktoré sa naprieč kmeňmi takmer nemenia. Výsledný systém dostal príznačný názov PAC-MAN (Prophylactic Antiviral CRISPR in huMAN cells).
Sme na prahu novej formy boja s vírusmi?
Keď sa vírus dostane do bunky a začne sa v nej množiť, PAC-MAN zasiahne priamo tam. Cas13 naviazaný na správne naprogramovanú vodiacu RNA vyhľadá cieľovú sekvenciu vírusovej RNA a rozstrihá ju tak, že vírus stratí schopnosť vytvárať svoje kópie.
V laboratórnych podmienkach sa týmto spôsobom podarilo výrazne znížiť množstvo RNA fragmentov SARS-CoV-2 a zároveň potlačiť množenie živého vírusu chrípky H1N1 v pľúcnych epitelových bunkách. Bioinformatická analýza navyše ukázala, že malá skupina starostlivo zvolených crRNA by teoreticky dokázala cieliť viac než 90 % známych koronavírusov. Práve preto sa o PAC-MANe začína hovoriť ako o možnom širokospektrálnom antivirotiku.
Neprehliadni
Znie to takmer ideálne. V praxi však narazili na zásadnú otázku: ako dostať tento genetický nástroj hlboko do dýchacích ciest, priamo do buniek? Aj tento problém sa však podarilo posunúť smerom k riešeniu. Pomôcť majú lipitoidy, syntetické lipidové polyméry, ktoré dokážu obaliť komponenty CRISPR a pomôcť im prekonať hlien aj bunkové membrány. Tím z Berkeley Lab a Stanfordu otestoval jednu z týchto molekúl (Lipitoid 1) a ukázalo sa, že v kombinácii s PAC-MAN dokáže znížiť množstvo syntetickej RNA SARS-CoV-2 v roztoku o viac než 90 %.
Ak by sa tento prístup osvedčil aj mimo laboratória, ochrana proti vírusom by sa mohla výrazne zjednodušiť. Namiesto injekcií alebo kombinácie liekov by stačilo použiť inhalátor so správnym „mixom“ ochrany proti chrípke či covidu. Pri nečakanom vývoji vírusu by farmaceutické firmy dokázali reagovať rýchlejšie a pripraviť nové verzie inhalátorov bez dlhých výrobných cyklov.
Kým sa liek dostane na trh, čaká ho ešte dlhá cesta
Treba však zostať nohami na zemi. PAC-MAN je zatiaľ koncept, ktorý vedci testujú najmä na bunkových kultúrach a syntetických fragmentoch vírusov, nie na plne infikovaných ľudských pľúcach. Stále je potrebné vyriešiť, ako zabezpečiť dostatočnú produkciu Cas13 a crRNA v reálnych tkanivách, overiť dlhodobú bezpečnosť a presne zmapovať možné vedľajšie zásahy do vlastnej RNA buniek, tzv. off-target efekty. Navyše ide o genetické zásahy, ktoré budú musieť prejsť prísnou etickou aj regulačnou kontrolou, kým sa vôbec dostanú k pacientom. K reálnemu lieku tak vedie ešte pomerne dlhá cesta.
Ak sa však tieto prekážky podarí zvládnuť, otvára sa úplne nový smer boja s vírusmi. Rovnaký princíp by sa v budúcnosti mohol použiť nielen proti respiračným vírusom, ale aj proti ďalším RNA patogénom, s ktorými má dnešná medicína veľké problémy. V ideálnom prípade by nešlo o jednu „zázračnú vakcínu“, ale o flexibilný nástroj, ktorý by sa dal rýchlo prispôsobiť takmer akémukoľvek vírusu, ak sa podarí identifikovať správne časti jeho genómu.
