Disse CRISPR-konstruerte superkyllingene er motstandsdyktige mot fugleinfluensa

Genredigeringsverktøyet CRISPR kan være avgjørende for å bekjempe et av de dødeligste virusene som sirkulerer på kloden – et virus som har drept hundrevis av millioner siden 2020.

Det er ikke Covid-19, selvfølgelig. Viruset er en type spesielt aggressiv fugleinfluensa som desimerer kyllingpopulasjoner over hele verden. Hjerteskjærende nok har mange flokker blitt drept for å inneholde sykdommen. De skyhøye prislappene for et dusin egg? Denne influensastammen har delvis skylden.

Bortsett fra dagligvareregninger, virusets skogbrannspredning blant fjørfe øker også de alarmerende mulighetene for at det kan hoppe inn i andre arter – inkludert mennesker. Ifølge Verdens helseorganisasjon, 10 land over tre kontinenter har rapportert tegn på fugleinfluensaviruset hos pattedyr siden 2022, noe som vekker bekymringer for en ny pandemi.

Flere land har lansert vaksinasjonskampanjer å kjempe mot viruset. Men det er en formidabel fiende. Som menneskelige influensastammer, muterer viruset raskt og gjør vaksiner mindre effektive over tid.

Men hva om vi kunne nappe infeksjoner i knoppen?

Denne uken, et lag fra Storbritannia konstruerte "superkyllinger" som er motstandsdyktige mot en vanlig fugleinfluensa. I kyllingens primordiale kjønnsceller - de som utvikler seg til sæd og egg - brukte de CRISPR-Cas9 for å justere et enkelt gen som er kritisk for virusreproduksjon.

De redigerte kyllingene vokste og oppførte seg som sine ikke-redigerte «kontroll»-feller. De var friske, la egg i vanlige antall og klukket fornøyd i bingene sine. Men deres genetiske forbedring skinnet gjennom når de ble utfordret med en reell dose influensa som ligner på det som kan sirkulere i en infisert coop. De redigerte kyllingene kjempet mot viruset. Alle kontrollfuglene fikk influensa.

Resultatene er "en etterlengtet prestasjon," Dr. Jiří Hejnar ved Det tsjekkiske vitenskapsakademiets institutt for molekylær genetikk, som ikke var involvert i studien, fortalte Vitenskap. Tilbake i 2020, Hejnar brukte CRISPR å konstruere kyllinger som er resistente mot et kreftfremkallende virus, og baner vei for effektiv genredigering hos fugler.

Teknologien har fortsatt en vei å gå. Til tross for det genetiske løftet, ble halvparten av de redigerte fuglene syke når de ble utfordret med en stor dose virus. Denne delen av eksperimentet løftet også et rødt flagg: viruset tilpasset seg raskt til genredigeringene med mutasjoner som gjorde det til en bedre spreder - ikke bare blant fugler, men også få mutasjoner som kunne hoppe inn i mennesker.

"Dette viste oss et bevis på at vi kan bevege oss mot å gjøre kyllinger motstandsdyktige mot viruset," sa studieforfatter Dr. Wendy Barclay ved Imperial College London i en pressekonferanse. "Men vi er ikke der ennå."

Målet

I 2016, Barclay oppdaget et kyllinggen som fugleinfluensavirus bruker til å infisere og vokse inne i kyllingceller. Kalt ANP32A, er det en del av en genfamilie som oversetter DNA-informasjon til andre biokjemiske budbringere for å bygge proteiner. Vel inne i en fuglecelle kan influensaviruset co-optere genets produkter for å lage flere kopier av seg selv og spre seg til nærliggende celler.

ANP32A er ikke den eneste genetiske koblingen mellom celler og virus. En senere studie funnet et andre "beskyttende" gen som blokkerer influensavirus fra å vokse i celler. Genet ligner på ANP32A, men med to store endringer som bryter virusets forbindelse til cellen som å lukke en dør. Fordi virus krever en vert for å reprodusere, kutter veisperringen i hovedsak av deres livline.

"Hvis du kunne forstyrre den [gen-virus]-interaksjonen på en eller annen måte ... kanskje ved denne genredigeringen, så ville ikke viruset være i stand til å replikere," sa Barclay.

Den nye studien fulgte denne tankegangen. Ved å bruke CRISPR endret de ANP32A i kyllingens primordiale kjønnsceller ved å spleise inn de to genetiske endringene som ble observert i det beskyttende genet. Når cellene ble injisert i kyllingembryoer, vokste de til redigerte sædceller og egg hos friske modne kyllinger, som fortsatte med å få kyllinger med det redigerte ANP32A-genet.

Prosessen høres teknisk ut, men det er i bunn og grunn en fremskyndelse fra det 21. århundre av en eldgammel oppdrettsteknikk: avle opp dyr for å bevare ønskede egenskaper – i dette tilfellet motstand mot virus.

The Stand

Teamet testet de redigerte kyllingene med flere virusutfordringer.

I den ene sprutet de en dose fugleinfluensavirus inn i nesen til 20 to uker gamle unger – halvparten av disse var genmodifisert, de andre vanligvis avlet. Prosedyren høres intens ut, men mengden virus ble nøye skreddersydd til den som vanligvis er tilstede i et infisert coop.

Alle de 10 kontrollfuglene ble syke. Derimot var bare én av de redigerte kyllingene infisert. Og likevel overførte det ikke viruset til de andre redigerte fuglene.

I en andre test økte teamet dosen til omtrent 1,000 ganger mer enn den originale nesespriten. Hver enkelt fugl, uavhengig av deres genetiske sammensetning, fanget viruset. Imidlertid brukte de redigerte fuglene lengre tid på å utvikle influensasymptomer. De hadde også lavere nivåer av viruset og var mindre sannsynlig å overføre det til andre i deres coop - uavhengig av genetisk sammensetning.

Ved første øyekast høres resultatene lovende ut. Men de heiste også et rødt flagg. Grunnen til at virusene infiserte de redigerte kyllingene til tross for deres beskyttende "supergener", var at insektene raskt tilpasset seg de genetiske redigeringene. Med andre ord, en genbytte ment å beskytte husdyr kan ironisk nok presse viruset til å utvikle seg raskere.

Den gyldne trio

Hvorfor skulle dette skje? Flere tester fant mutasjoner i det virale genomet sannsynligvis tillot virusene å gripe inn i andre medlemmer av ANP32A-familien. Disse proteinene sitter normalt på benken under virale invasjoner av influensa og motstår lydløst virusreplikasjon. Men over tid lærte viruset å jobbe med hvert gen for å øke reproduksjonen.

Teamet er godt klar over at lignende endringer kan tillate viruset å infisere andre arter, inkludert mennesker. "Vi ble ikke skremt av mutasjonene vi så, men det faktum at vi fikk gjennombrudd [infeksjon] betyr at vi trenger mer strenge redigeringer fremover," sa Barclay.

Dr. Sander Herfst ved Erasmus University Medical Center, som studerer fugleinfluensaens inntrengning i pattedyr, er enig. "Et vanntett system der det ikke lenger [viral] replikering finner sted hos kyllinger er nødvendig," han fortalte Vitenskap.

En mulig løsning er mer genredigering. ANP32A er bare ett av tre genmedlemmer som hjelper virus til å trives. I en foreløpig test deaktiverte teamet alle tre genene i celler i en petriskål. De redigerte cellene motsto en svært farlig stamme av influensavirus.

Men det er fortsatt ikke en perfekt løsning. Disse genene er multitaskere som regulerer helse og fruktbarhet. Redigering av alle tre kan skade en kyllings helse og evne til å reprodusere. Utfordringen nå er å finne genredigeringer som avverger virus, men som fortsatt opprettholder normal funksjon.

Bortsett fra bioteknologi, reguleringer og opinionen sliter også med å ta igjen genredigeringsverdenen. CRISPRed dyr regnes for tiden som genetisk modifiserte organismer (GMO) under EUs lover, en betegnelse som kommer med en mengde regulatorisk bagasje og problemer med offentlig oppfatning. Men fordi genredigeringer som de i studien etterligner de som kan forekomme naturlig i naturen - i stedet for å spleise gener fra en organisme til en annen - kan noen CRISPRed-dyr være mer akseptable for forbrukere.

«Jeg tror verden er i endring» sa studieforfatter Dr. Helen Sang, en ekspert som har jobbet med influensaresistente fugler i tre tiår. Forskrifter om genredigerte dyr for mat vil sannsynligvis endre seg etter hvert som teknologien modnes - men til slutt vil hva som er akseptabelt avhenge av flerkulturelle synspunkter.

Bilde Credit: Toni Cuenca / Unsplash

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://singularityhub.com/2023/10/12/crispr-engineered-super-chickens-are-resistant-to-bird-flu/