Ученые из Калифорнийского университета в Беркли создали новое лекарство от COVID-19, которое в один прекрасный день может сделать лечение инфекций SARS-CoV-2 таким же простым, как использование назального спрея от аллергии.
Терапевтическое средство использует короткие фрагменты синтетической ДНК, чтобы склеить генетический механизм, который позволяет SARS-CoV-2 размножаться в организме.
В новом исследовании, опубликованном онлайн в журнале Nature Communications , команда показывает, что эти короткие фрагменты, называемые антисмысловыми олигонуклеотидами (АСО), очень эффективны для предотвращения репликации вируса в клетках человека. При введении в нос эти АСО также эффективны для профилактики и лечения инфекции COVID-19 у мышей и хомяков.
«Вакцины имеют огромное значение, но вакцины не универсальны, и по-прежнему существует огромная потребность в других подходах», — сказал Андерс Нэр, профессор метаболической биологии в Департаменте пищевых наук и токсикологии (NST) Калифорнийского университета в Беркли. старший автор статьи. «Назальный спрей, доступный повсеместно и способный предотвратить заражение или серьезное заболевание, может оказаться чрезвычайно полезным».
Поскольку лечение ASO нацелено на часть вирусного генома, которая является высококонсервативной среди различных вариантов, оно эффективно против всех «вызывающих озабоченность вариантов» SARS-CoV-2 в клетках человека и на животных моделях. Он также химически стабилен и относительно недорог для производства в больших масштабах, что делает его идеальным для лечения инфекций COVID-19 в тех регионах мира, где нет доступа к электричеству или охлаждению.
Если лечение окажется безопасным и эффективным для людей, технология ASO может быть легко модифицирована для воздействия на другие РНК-содержащие вирусы. Исследовательская группа уже ищет способ использовать это для уничтожения вирусов гриппа , которые также обладают пандемическим потенциалом.
«Если мы сможем разработать ASO, нацеленные на целые вирусные семейства, то при возникновении новой пандемии, если мы знаем, к какому семейству принадлежит вирус, мы могли бы использовать ASO, доставляемые через нос, для подавления пандемии на ее ранних стадиях», — говорится в исследовании. первый автор Чи Чжу, научный сотрудник NST в Калифорнийском университете в Беркли. «В этом прелесть этого нового терапевтического средства».
Взлом вирусной копировальной машины
Подобно ДНК, РНК несет генетическую информацию, закодированную в виде последовательности оснований, но, в отличие от ДНК, РНК обычно состоит из одной цепи без второй, комплементарной цепи, образующей двойную спираль. Однако РНК по-прежнему легко связывается с комплементарными последовательностями пар оснований. ASO — это короткие нити лабораторных ДНК-подобных молекул, которые, подобно молекулярным липучкам, запрограммированы так, чтобы прикрепляться к определенным последовательностям РНК в вирусах и клетках.
На протяжении более десяти лет Нэр и его команда изучали, как эти молекулы могут быть использованы для изменения активности матричной РНК и микроРНК в организме человека, потенциально обращая вспять такие состояния, как ожирение, диабет 2 типа, жировая дистрофия печени и мышечная дистрофия Дюшенна. . Когда разразилась пандемия COVID-19, его команда быстро мобилизовалась, чтобы изучить, можно ли также использовать ASO для вмешательства в SARS-CoV-2.
Предоставлено: Калифорнийский университет в Беркли.
«Геном SARS-CoV-2 представляет собой одноцепочечную РНК, похожую на информационную РНК или микроРНК», — сказал Няэр. «Мы подумали, что, возможно, мы могли бы использовать эти ASO, чтобы прикрепиться к вирусной РНК и помешать ей работать».
В сотрудничестве с лабораторией доцента Сары Стэнли в Школе общественного здравоохранения Калифорнийского университета в Беркли и факультете молекулярной и клеточной биологии, а также с учеными из Института инновационной геномики команда начала противопоставлять вирус SARS-CoV-2 сотням различных ASO. Каждый из этих ASO был разработан для разрушения отдельной области вирусной РНК, включая область, кодирующую печально известный «шиповый» белок, который помогает вирусу SARS-CoV-2 захватывать клетки-хозяева.
Из всех этих целей они определили одну, которая была намного выше самой эффективной в уничтожении вируса. Эта мишень представляла собой некодирующую последовательность вирусной РНК, которая образует структуру петли-шпильки и, по-видимому, играет ключевую роль в репликации SARS-CoV-2.
«Мы показали, что если вы привяжете ASO к этой шпильке, она растворит шпильку, и РНК образует прямую линию, а не пузырьковую структуру», — сказал Няэр. «Мы считаем, что это предотвращает эффективную трансляцию и репликацию вируса, и мы обнаружили, что это невероятно эффективно предотвращает репликацию вируса в клетках человека ».
Когда они вводили АСО в нос зараженным хомякам и мышам, команда обнаружила, что они также очень эффективны как для профилактики, так и для лечения инфекций COVID-19. Важно отметить, что эти эксперименты также показали, что АСО, по-видимому, не стимулируют какой-либо значительный иммунный ответ, что указывает на то, что АСО вряд ли будут вызывать токсические побочные эффекты у людей.
Поскольку структура петли-шпильки обнаружена во всех известных вариантах SARS-CoV-2, АСО должны быть эффективны против всех из них. Чтобы доказать, что это так, команда повторила свои эксперименты со всеми основными вариантами, вызывающими озабоченность, включая дельта и высокоинфекционный омикрон.
