Scientists claim they are one step closer to creating a drug that can cure HIV. A team of researchers has been customising a defence system used by bacteria and training this scissor-like machinery to recognise the HIV virus. In their tests, they found that the technique could completely remove up to 72 per cent of cells that had been infected with HIV. A team of researchers has been customising a defence system used by bacteria and training this scissor-like machinery to recognise the HIV virus (pictured) CRISPR technology precisely changes target parts of genetic code . Unlike other gene-silencing tools, the Crispr system targets the genome's source material and permanently turns off genes at the DNA level. The DNA cut – known as a double strand break – closely mimics the kinds of mutations that occur naturally, for instance after chronic sun exposure. But unlike UV rays that can result in genetic alterations, the Crispr system causes a mutation at a precise location in the genome. When cellular machinery repairs the DNA break, it removes a small snip of DNA. In this way, researchers can precisely turn off specific genes in the genome. 'Evolution has led to some of the most astonishing mechanisms for protecting organisms against their natural pathogens,' says Juan Carlos Izpisua Belmonte, a professor of Salk's Gene Expression Laboratory in California. 'Understanding the immune responses by which bacteria protect themselves against viral infections has allowed us to engineer novel platforms for the targeting of devastating viruses, such as HIV, in human patients.' When a copy of the HIV virus sneaks into a human cell, it can cause havoc. It takes control of the cell's own molecular machinery to made copies of the virus's genetic material and then buries these copies in the cell's own genes. From there, the host's cell becomes an HIV factory, making new copies of the virus to spread throughout the body. Existing HIV drugs target individual steps of this lifecycle; some stop the virus from integrating into cells' DNA, for instance, while others try to stop the affected cells from producing more virus. The problem with these drugs, explains Hsin-Kai Liao, a research associate in the Izpisua Belmonte lab, is that they don't actually remove the copies of the virus that are hidden within cells' DNA. These copies can remain dormant for years and then activate again. 'Patients normally need to take drugs every day or every week for their whole lives, because of the HIV that can be latent,' says Professor Liao. 'This costs money, time and effort.' To combat this problem, the team turned to a molecular defence system called CRISPR that bacteria use to cut up foreign DNA at specified spots. Since its recent discovery, scientists have started using CRISPR to edit genes. But the researchers were also intrigued by its defensive ability and wondered if CRISPR could be programmed to slice and destroy viruses inside human cells. The new Salk study showed that the method is effective against active, full-length HIV rather than a shortened, inactive version of the virus. Pictured are the study team, from left: John Martlett, Juan Carlos Izpisua Belmonte, Hsin-Kai Liao, Yuta Takahashi, Concepcion Rodriguez Esteban, Tomoaki Hishida and Mo Li . CRISPR uses bits of genetic material called guide RNAs to dictate its cuts, so the scientists developed guide RNAs that bound to unique spots on the HIV virus. They added CRISPR, the guide RNAs and other molecules needed for the system to work to immune cells that had been infected with HIV. They found that CRISPR successfully cut the right spots in HIV's genes, inactivating the virus. This resulted in the virus being completely removed from up to 72 per cent of cells. Not only did CRISPR chop up loose copies of the virus as they initially infected the cell, but it also cut up HIV that was hidden and dormant within the cells' DNA. While other research groups have taken similar approaches in targeting CRISPR to HIV, the new Salk study showed that the method is effective against active, full-length HIV rather than a shortened, inactive version of the virus. The Salk team also illustrated in a more complete way how CRISPR targets HIV in living human cells, verifying that it works both before and after the virus is embedded in the genome. Not only did CRISPR chop up loose copies of the virus as they initially infected the cell, but it also cut up HIV that was hidden and dormant within the cells' DNA . 'CRISPR can actually excise the virus out of the human genome,' Liao says. Next, Liao and his colleagues tried adding the CRISPR system to human cells before they becoming infected with HIV. 'Having the system in place, they showed, prevented an infection–CRISPR chopped up any copies of the virus before they could start replicating. More research is needed to determine how the technology could be used in human patients and whether HIV will quickly evolve to escape CRISPR. With that in mind, the team is studying the effectiveness of adding more guiding RNAs to the CRISPR mix so that the defence simultaneously recognizes more areas of the virus. 'The HIV virus can mutate very quickly,' says Liao. 'If we target multiple regions at the same time, we reduce the chance that the virus can develop resistance.'
Scientists trained scissor-like machinery of bacteria to recognise HIV .
They found method successfully cut HIV's genes, inactivating the virus .
This resulted in the virus being removed from up to 72 per cent of cells .
CRISPR method also cut up HIV that was dormant within the cells' DNA .
Latest study shows the method is effective against active, full-length HIV rather than a shortened, inactive version of the virus .
מדענים טוענים שהם צעד אחד קרוב יותר ליצירת תרופה שיכולה לרפא HIV. צוות חוקרים עשה התאמה אישית של מערכת הגנה המשמשת חיידקים והכשיר את המנגנון הדומה למספריים לזהות את נגיף ה-HIV. בבדיקות שלהם, הם גילו שהטכניקה יכולה להסיר לחלוטין עד 72 אחוז מהתאים שנדבקו ב-HIV. צוות חוקרים עשה התאמה אישית של מערכת הגנה המשמשת חיידקים והכשיר את המנגנון דמוי המספריים הזה לזהות את נגיף ה-HIV (בתמונה) טכנולוגיית CRISPR משנה במדויק את חלקי היעד של הקוד הגנטי. בניגוד לכלי השתקת גנים אחרים, מערכת Crispr מכוונת לחומר המקור של הגנום ומכבה לצמיתות גנים ברמת ה-DNA. חיתוך ה-DNA - המכונה הפסקת גדילים כפולים - מחקה באופן הדוק את סוגי המוטציות המתרחשות באופן טבעי, למשל לאחר חשיפה כרונית לשמש. אבל בניגוד לקרני UV שעלולות לגרום לשינויים גנטיים, מערכת Crispr גורמת למוטציה במיקום מדויק בגנום. כאשר מכונות סלולריות מתקנות את שבירת ה-DNA, היא מסירה קטע קטן של DNA. בדרך זו, החוקרים יכולים לכבות במדויק גנים ספציפיים בגנום. "האבולוציה הובילה לכמה מהמנגנונים המדהימים ביותר להגנה על אורגניזמים מפני הפתוגנים הטבעיים שלהם", אומר חואן קרלוס איזפיסואה בלמונטה, פרופסור ממעבדת הביטוי הגנים של סאלק בקליפורניה. "הבנת התגובות החיסוניות שבאמצעותן חיידקים מגנים על עצמם מפני זיהומים ויראליים אפשרה לנו להנדס פלטפורמות חדשות למיקוד של וירוסים הרסניים, כמו HIV, בחולים אנושיים." כאשר עותק של נגיף ה-HIV מתגנב לתא אנושי, זה יכול לגרום להרס. היא משתלטת על המנגנון המולקולרי של התא עצמו כדי ליצור עותקים של החומר הגנטי של הנגיף ואז קוברת את העותקים הללו בגנים של התא עצמו. משם, התא של המארח הופך למפעל HIV, ומייצר עותקים חדשים של הנגיף כדי להתפשט בכל הגוף. תרופות קיימות ל-HIV מכוונות לצעדים בודדים של מחזור חיים זה; חלקם מונעים מהנגיף להשתלב ב-DNA של התאים, למשל, בעוד שאחרים מנסים למנוע מהתאים המושפעים לייצר עוד וירוסים. הבעיה עם התרופות האלה, מסבירה Hsin-Kai Liao, עמית מחקר במעבדת Izpisua Belmonte, היא שהן לא ממש מסירות את העותקים של הנגיף החבויים בתוך ה-DNA של התאים. עותקים אלה יכולים להישאר רדומים במשך שנים ואז להפעיל שוב. "מטופלים בדרך כלל צריכים לקחת תרופות כל יום או כל שבוע במשך כל חייהם, בגלל ה-HIV שיכול להיות סמוי", אומר פרופסור ליאו. 'זה עולה כסף, זמן ומאמץ'. כדי להילחם בבעיה זו, הצוות פנה למערכת הגנה מולקולרית בשם CRISPR שחיידקים משתמשים בה כדי לחתוך DNA זר בנקודות מוגדרות. מאז גילויו האחרון, מדענים החלו להשתמש ב-CRISPR כדי לערוך גנים. אבל החוקרים הסתקרנו גם מהיכולת ההגנתית שלו ותהו האם ניתן לתכנת את CRISPR לחתוך ולהרוס וירוסים בתוך תאים אנושיים. מחקר Salk החדש הראה שהשיטה יעילה נגד HIV פעיל באורך מלא ולא גרסה מקוצרת ולא פעילה של הנגיף. בתמונה צוות המחקר, משמאל: ג'ון מרטלט, חואן קרלוס איזפיסואה בלמונטה, הסין-קאי ליאו, יוטה טקהאשי, קונספסיון רודריגז אסטבן, טומואקי הישידה ומו לי. CRISPR משתמש בפיסות של חומר גנטי הנקרא RNA מנחה כדי להכתיב את החתכים שלו, ולכן המדענים פיתחו RNA מנחה שנקשר לנקודות ייחודיות בנגיף ה-HIV. הם הוסיפו את CRISPR, ה-RNA המדריכים ומולקולות אחרות הדרושות למערכת לפעול לתאים חיסוניים שנדבקו ב-HIV. הם גילו ש-CRISPR הצליח לחתוך את הנקודות הנכונות בגנים של HIV, והשבית את הנגיף. זה הביא להסרה מלאה של הנגיף עד 72 אחוז מהתאים. לא רק ש-CRISPR חתך עותקים רופפים של הנגיף כשהם הדביקו את התא בתחילה, אלא הוא גם חתך את ה-HIV שהיה חבוי ורדום בתוך ה-DNA של התאים. בעוד שקבוצות מחקר אחרות נקטו גישות דומות במיקוד CRISPR ל-HIV, מחקר Salk החדש הראה שהשיטה יעילה נגד HIV פעיל באורך מלא ולא גרסה מקוצרת ולא פעילה של הנגיף. צוות Salk גם המחיש בצורה מלאה יותר כיצד CRISPR מכוון ל-HIV בתאים חיים אנושיים, תוך אימות שהוא פועל גם לפני וגם אחרי שהנגיף מוטבע בגנום. לא רק ש-CRISPR חתך עותקים רופפים של הנגיף כשהם הדביקו את התא בתחילה, אלא הוא גם חתך את ה-HIV שהיה חבוי ורדום בתוך ה-DNA של התאים. "CRISPR יכול למעשה להוציא את הנגיף מהגנום האנושי", אומר ליאו. לאחר מכן, ליאו ועמיתיו ניסו להוסיף את מערכת CRISPR לתאים אנושיים לפני שהם נדבקו ב-HIV. "כשהמערכת קיימת, הם הראו, מנעה זיהום - CRISPR קצץ עותקים כלשהם של הנגיף לפני שהם יכלו להתחיל לשכפל. יש צורך במחקר נוסף כדי לקבוע כיצד ניתן להשתמש בטכנולוגיה בחולים אנושיים והאם HIV יתפתח במהירות כדי להימלט מ-CRISPR. עם זאת בחשבון, הצוות בוחן את האפקטיביות של הוספת עוד RNAs מנחים לתערובת CRISPR כך שההגנה תזהה בו זמנית יותר אזורים של הנגיף. "נגיף ה-HIV יכול לעבור מוטציה מהר מאוד", אומר ליאו. "אם נתמקד במספר אזורים בו-זמנית, נפחית את הסיכוי שהנגיף יפתח עמידות".
מדענים אימנו מכונות דמויות מספריים של חיידקים לזהות HIV.
הם מצאו שהשיטה חתכה בהצלחה את הגנים של HIV, והשביתה את הנגיף.
כתוצאה מכך הנגיף הוסר מ-72% מהתאים.
שיטת CRISPR חתכה גם HIV שהיה רדום בתוך ה-DNA של התאים.
מחקר אחרון מראה שהשיטה יעילה נגד HIV פעיל באורך מלא ולא גרסה מקוצרת ולא פעילה של הנגיף.