ORION Organizacja Społeczna
CZŁOWIEK I BIOSFERA

Przełom w walce przeciwko koronawirusowi: system PAC-MAN

blank

System dostarczania substancji do komórek opracowany w Molecular Foundry może być brakującym ogniwem w walce z SARS-CoV-2. Naukowcy pracują nad środkiem przeciwwirusowym, pomocnym przy zwalczaniu choroby COVID-19. Środek ten miałby za zadanie działać na konkretny gen.

W zeszłym roku Stanley Qi, adiunkt na Uniwersytecie Stanforda, wraz ze swoim zespołem rozpoczął pracę nad systemem o nazwie PAC-MAN (Prophylactic Antiviral CRISPR in huMAN cells). System ten wykorzystuje narzędzie do modyfikacji genów CRISPR przy zwalczaniu grypy.

Kiedy świat obiegła wiadomość o pandemii, nagle trzeba było stawić czoła tajemniczemu wirusowi, na którego nikt nie miał konkretnego pomysłu. – Zadaliśmy sobie wtedy pytanie: laczego nie wykorzystać systemu PAC-MAN do jego zwalczania? – skomentował Qi.

Od końca marca naukowcy z Uniwersytetu Stanforda współpracują z grupą badawczą, której kierownikiem jest Michael Connolly z Molecular Foundry (amerykańskie centrum badawcze – przyp. red.). Wspólnie starają się opracować metodę dostarczania systemu PAC-MAN do komórek pacjenta.

Podobnie jak wszystkie systemy CRISPR, PAC-MAN jest oparty na enzymie Cas13 oraz na przewodniku RNA, który „nakazuje” temu enzymowi zniszczyć określone sekwencje nukleotydów w genomie koronawirusa. Poprzez „rozbicie” kodu genetycznego, PAC-MAN może zneutralizować koronawirusa i zatrzymać jego replikację wewnątrz komórek.

Chodzi o transport

Kluczowym wyzwaniem w przekształceniu systemu PAC-MAN z molekularnego narzędzia na terapię przeciwko COVID-19 jest znalezienie skutecznego sposobu na przetransportowanie go do komórek płuc. Wirus SARS-CoV-2 atakuje płuca i powoduje stan zapalny pęcherzyków płucnych, które wypełniają się wtedy płynem, utrudniając oddychanie.

– W moim laboratorium nie pracujemy nad sposobami dostarczania [go do komórek] – poinformował Stanley Qi. W związku z tym 14 marca opublikowali przedruk swojego artykułu. Potem napisali o nim na Twitterze, mając nadzieję, że ktoś się zainteresuje. Najlepiej, gdyby ta osoba miała doświadczenie w technikach dostarczania cząsteczek do komórek. Wkrótce potem dowiedzieli się o pracy Michaela Connolly’ego, który w Molecular Foundry pracował nad syntetycznymi cząsteczkami zwanymi lipitoidami.

Lipitoidy są rodzajem syntetycznych wersji peptydów, znanych jako peptoidy, które 20 lat temu odkrył mentor Connolly’ego – Ron Zuckermann. Od tego czasu obaj pracowali nad cząsteczkami transportującymi peptoidy, czyli lipitoidami. Przy współpracy z naukowcami korzystającymi z pracowni Molecular Foundry udało im się udowodnić skuteczność lipitoidów w transferze DNA i RNA do wielu różnych linii komórkowych.

Obecnie prowadzone są badania nad zastosowaniem lipitoidów jako środków terapeutycznych. Do tej pory wykazano, że materiały te nie są toksyczne dla organizmu. Mogą transportować nukleotydy, zamykając je w maleńkich nanocząsteczkach o szerokości zaledwie jednej miliardowej metra – takiej samej jak wielkość cząsteczek wirusa.

Qi ma teraz nadzieję, że jego metoda leczenia COVID-19 zostanie ogólnie uznana jako system dostarczania lipitoidów.

Pod koniec kwietnia przetestowano jeden rodzaj lipitoidu – Lipitoid 1 – który, w próbce składającej się z nabłonkowych komórek płuc człowieka, łączy się z DNA i RNA, po czym zamienia w nośniki systemu PAC-MAN.

Lipitoidy bardzo dobrze sprawdziły się w tej roli. Sztucznie wygenerowany wirus SARS-CoV-2 został zniszczony w ponad 90%, gdy w warunkach laboratoryjnych poddano go działaniu systemu PAC-MAN. – Dzięki Molecular Foundry mamy dostęp do „molekularnego skarbu”, który zmienił oblicze naszych badań – dodał Qi.

Planowane są eksperymenty na modelach zwierzęcych, którym naukowcy chcą wszczepić żywy wirus SARS-CoV-2. W tej fazie do zespołu mają dołączyć badacze z New York University oraz Karolinska Institute w Sztokholmie.

Jeśli prace przebiegną pomyślnie, naukowcy mają nadzieję na dalszą współpracę z Connolly’m i jego zespołem. Będą chcieli zastosować system PAC-MAN w walce przeciwko SARS-CoV-2 i innym koronawirusom.

– Dzięki skutecznemu sposobowi na dostarczanie lipitoidów i ukierunkowaniu CRISPR na dany gen, będzie mogła powstać odpowiednia strategia do walki z chorobami wywołanymi przez wirusy. Będzie można zwalczać nie tylko COVID-19, ale i przeciwdziałać rozprzestrzenianiu się nowych szczepów wirusów mających potencjał do wywołania pandemii – skomentował Connolly.

– Wszyscy pracujemy pod presją czasu i staramy się proponować nowe rozwiązania – powiedział Qi. – Cieszy nas to, że w tym trudnym czasie możemy z pomocą innych organizacji połączyć wiedzę i testowanie nowych pomysłów.

Molecular Foundry to centrum badawcze w amerykańskim laboratorium Lawrence Berkeley National Laboratory. Mogą z niego korzystać naukowcy, którzy badają nanocząsteczki. Na poczet badania nad lipitoidami naukowcy z Uniwersytetu Stanforda otrzymują wsparcie od amerykańskiej agencji rządowej zajmującej się rozwojem technologii wojskowej – Defense Advanced Research Projects Agency. Przedruk artykułu Stanleya Qi został poddany recenzji i opublikowany w czasopiśmie „Cell”.

Źródło: Development of CRISPR as an Antiviral Strategy to Combat SARS-CoV-2 and Influenza (Cell)

Grafika: Lipitoidy, które samoczynnie łączą się z DNA i RNA, mogą służyć jako systemy transportujące substancje do komórek oraz być wykorzystywane w terapiach przeciwwirusowych. Systemy te mogą pomóc w zapobieganiu chorobie COVID-19 i innym infekcjom koronawirusowym. Fot. R. N. Zuckermann / SciTechDaily.

Przeczytaj także

Badania z udziałem myszy pokazują, że wirus zmodyfikowany przez naukowców może zablokować infekcje wywołane koronawirusem

Małgorzata Smorąg

Czy ćwiczenia oddechowe mogą uchronić przez COVID-19?

Alan O. Grinde

Rola witaminy D w walce z COVID-19

Anna Rutkiewicz

Jak zniszczyć obcy gatunek w środowisku? Australijski karpiogeddon

Aleksandra Góralczyk

Badanie precyzyjnie śledzi rozprzestrzenianie się COVID-19 za pomocą Big Data

Kazimierz Przybysz

COVID-19 – choroba sezonowa nawracająca w okresach niższej wilgotności powietrza?

Anna Rutkiewicz