Una estrategia basada en CRISPR muestra resultados prometedores frente al virus de la gripe y el coronavirus SARS-CoV-2 en modelos animales

Amparo Tolosa, Genotipia

 

Investigadores del Georgia Institute of Technology and Emory University han utilizado con éxito una estrategia basada en CRISPR para reducir la infección por el virus de la gripe y el coronavirus SARS-CoV-2 en modelos animales.

La estrategia antiviral diseñada por los investigadores consiste en hacer llegar a las células afectadas por la infección el ARN mensajero de una enzima que corta el ARN del genoma viral en posiciones específicas y conservadas.  Tras el tratamiento los investigadores han observado una reducción en la concentración de virus de la gripe en ratones y una reducción en la replicación del coronavirus y síntomas de la enfermedad en hámsteres. La posibilidad de cambiar un componente del tratamiento para dirigirlo de forma específica a diferentes virus, ofrece la posibilidad de adaptar la estrategia a otros virus de forma rápida. Esta aproximación  podría resultar de gran utilidad en el caso de virus emergentes, una vez obtenida la secuencia de su genoma.

Un sistema CRISPR dirigido a ARN viral

crispr coronavirus
Estructura de Cas13a y ARN guía interaccionando con ARN diana. Imagen: Proteín Data Bank ProteinDataBank https://www.rcsb.org/3d-view/5XWP/1.

El sistema CRISPR de edición del genoma deriva de un mecanismo bacteriano para detectar la presencia de virus a los que la bacteria ha estado expuesta previamente a través del reconocimiento del genoma vira y actuar frente a ellos. La estrategia que han utilizado los investigadores como herramienta para hacer frente a las infecciones por virus de la gripe o coronavirus es similar.

Los investigadores han utilizado ARN mensajero que codifica para una enzima que corta ARN, Cas13a, en combinación con un ARN guía que dirige a la proteína Cas13a (una vez sintetizada) a regiones específicas del genoma viral. La acción de Cas13a fragmenta el genoma viral, lo que impide la formación de nuevos viriones y compromete la supervivencia del virus.

Los investigadores decidieron utilizar ARN mensajero, porque facilita la rápida expresión de la proteína, no es permanente en las células y tiene poca probabilidad de integrarse en el genoma. La temporalidad, especialmente, minimiza la posibilidad de que, una vez sintetizada Cas13a, una proteína bacteriana, se produzca una respuesta inmunitaria no deseada frente a ella. Además, el equipo introdujo algunas modificaciones en los nucleótidos del ARN mensajero para mitigar la acción de los mecanismos inmunitarios innatos.

Inicialmente, el equipo diseñó una estrategia Cas13a-ARN guías dirigida al virus de la gripe. Los investigadores utilizaron ARNs guía que reconocían específicamente genes de la polimerasa del virus. Una ventaja de utilizar estos genes como diana es que se trata de genes muy conservados en los virus, debido en gran medida a su relevancia funcional. En ausencia de polimerasa los virus no pueden replicar su genoma, lo que es necesario para generar nuevas partículas víricas.

Tras comprobar que la herramienta frente a virus derivada de CRISPR funcionaba en cultivos celulares, el equipo la aplicó a un modelo animal en ratón, donde observó una reducción del virus en los pulmones, incluso cuando el tratamiento se realizaba 24 horas después del inicio de la infección.

A continuación, los investigadores se plantearon si la aproximación podría funcionar frente a virus emergentes como SARS-CoV-2. En este caso, los investigadores diseñaron ARNs guía dirigidos a regiones conservadas de la replicasa y proteína de la nucleocápside del virus. Tras probar su eficacia en un modelo celular, el equipo pasó a un modelo animal en hámster, donde encontraron que una única dosis conseguía inducir un cambio en la patofisiología de la infección por parte de SARS-CoV-2.

Tratamiento adaptable y de fácil administración

La estrategia de utilizar Cas13 (o más bien, sus instrucciones) y ARNs guía dirigidos al genoma viral es fácil de trasladar a otros virus responsables de enfermedades ampliamente conocidas o virus emergentes.

“En nuestro fármaco la única cosa que tienes que cambiar para pasar de un virus a otro es la cadena guía. Solo tenemos que cambiar una secuencia de ARN. Eso es todo”, destaca Philip Santangelo, investigador en el Departamento de Ingeniería Biomédica del Instituto de Tecnología de Georgia de la Universidad de Emory y uno de los directores del trabajo. “Fuimos de la gripe al SARS-CoV-2, virus que causa COVID-19. Son virus increíblemente diferentes y fuimos capaces de hacerlo muy muy rápidamente, simplemente cambiando una guía”.

“Una de las primeras cosas que la sociedad y el Centro de Control de Enfermedades va a  conseguir cuando una pandemia emerge es la secuencia genética”, destaca Daryll Vanover, investigador en el laboratorio dirigido por Santangelo y uno de los autores del trabajo. “Una vez el Centro de Control de Enfermedades publica esas secuencias, es todo lo que necesitamos. Podemos rastrear inmediatamente las regiones que estamos interesados en utilizar como diana y acabar con el virus”.

Gracias a la selección de regiones conservadas los investigadores estiman que la aproximación podría funcionar frente al 99% de las cepas de virus que la gripe en circulación durante el último siglo.

Para la prueba de concepto en modelos animales, los investigadores recurrieron a un sistema de administración similar al que ya se utiliza en otras situaciones: un nebulizador, que divide la solución de tratamiento en pequeñas gotas y facilita su inhalación.  Esta aproximación forma parte de los objetivos del proyecto PREPARE, en el que participan los investigadores, que pretende crear moduladores génicos reversibles, seguros, efectivos y transitorios que puedan adaptarse y ser administrados de forma rápida.

El trabajo muestra in vivo, en un modelo animal, que Cas13a puede ser utilizado para mitigar los efectos de patógenos respiratorios. No obstante, todavía es muy pronto para plantear su utilización en humanos. Los investigadores destacan que todavía son necesarios más estudios para comprender qué mecanismos exactos intervienen en la efectividad del tratamiento y analizar en detalle la seguridad y ausencia de efectos secundarios. También será necesario optimizar los detalles técnicos de dosis y sistema de administración.

Artículo científico: Blanchard EL, et al. Treatment of influenza and SARS-CoV-2 infections via mRNA-encoded Cas13a in rodents. Nat Biotech. 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41587-021-00822-w

Fuente: Easy-to-deliver mRNA treatment shows promise for stopping flu and Covid-19 viruses. https://bme.gatech.edu/bme/easy-deliver-mrna-treatment-shows-promise-stopping-flu-and-covid-19-viruses

 

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