Class II Type VI CRISPR-Cas13蛋白是一类特异性靶向RNA的家族,目前已知的包括Cas13a、Cas13b、Cas13c、Cas13d、Cas13e、Cas13f、Cas13x和Cas13y。其中,高效性、特异性和可移植性等优点,Cas13a、Cas13b和Cas13d家族被广泛运用。Cas13家族能被用于抗病毒,尤其是RNA病毒。据统计,侵袭人类的病毒中有三分之二是单链RNA病毒,其中只有2.5%病毒的生命周期涉及DNA中间产物,因此相比于靶向DNA的Cas9和Cas12系统,Cas13系统的应用范围更广。
在2019年,Broad Institute Pardis Sabeti团队利用LwaCas13a和PspCas13b建立了CARVER(Cas13-assisted restriction of viral expression and readout)系统,不仅能抑制RNA病毒扩增,还能检测相应病毒含量[1]。PspCas13b具有5ʹ GK PFS(Protospacer adjacent motif)限制而LwaCas无限制。团队首先生信分析了396个ssRNA(single stranded RNA)病毒基因组,并证明基因组上存在大量Cas13蛋白的靶向位点,超过90%的病毒基因组上存在大于100个Cas13的靶向位点。
随后,作者挑选出LCMV、IAV和VSV这三种病毒,针对其基因组设计了多条crRNA(CRISPR RNA),利用PspCas13b和LwaCas13a蛋白切割病毒RNA,实验结果显示,Cas13系统表现出强劲的敲低效率(图1)。
^Freije, Catherine A et al. “Programmable Inhibition and Detection of RNA Viruses Using Cas13.” Molecular cell vol. 76,5 (2019): 826-837.e11. doi:10.1016/j.molcel.2019.09.013
^Abbott, Timothy R et al. “Development of CRISPR as an Antiviral Strategy to Combat SARS-CoV-2 and Influenza.” Cell vol. 181,4 (2020): 865-876.e12. doi:10.1016/j.cell.2020.04.020
^Fareh, Mohamed et al. “Reprogrammed CRISPR-Cas13b suppresses SARS-CoV-2 replication and circumvents its mutational escape through mismatch tolerance.” Nature communications vol. 12,1 4270. 13 Jul. 2021, doi:10.1038/s41467-021-24577-9
^Blanchard, Emmeline L et al. “Treatment of influenza and SARS-CoV-2 infections via mRNA-encoded Cas13a in rodents.” Nature biotechnology vol. 39,6 (2021): 717-726. doi:10.1038/s41587-021-00822-w