CRISPR kontra HIV? Czy da się wyciąć wirusa raz na zawsze

Ruszyło badanie kliniczne nowatorskiej terapii HIV. Czy przy pomocy CRISPR, narzędzia do edycji genów, uda się całkowicie usunąć wirusa z organizmu zainfekowanych? To byłby przełom.

Pod wieloma względami HIV (ludzki wirus niedoboru odporności) pozostaje niepokonany. To skomplikowany i szybko mutujący patogen, który zmienia się niemal z każdym kolejnym cyklem replikacyjnym. Mimo astronomicznej sumy 20 mld dol. przeznaczonej na różne projekty badawczo-rozwojowe wciąż nie ma skutecznej szczepionki. Obecnie nadzieje wiąże się m.in. z badaniami klinicznymi szczepionki mRNA. Ruszyły w tym roku w Ugandzie we współpracy z International AIDS Vaccine Initiative (IAVI) oraz Fundacją Billa i Melindy Gatesów. Preparat ma powodować produkcję przeciwciał szeroko neutralizujących (ang. broadly neutralizing antibodies), które potrafią rozpoznawać dobrze zakonserwowane regiony otoczki wirusa i uniemożliwiać mu infekcję komórki. Ale na razie wirus ma się dobrze. Według statystyk Światowej Organizacji Zdrowia w 2021 r. ok. 1,5 mln ludzi zakaziło się HIV, a 650 tys. osób z jego powodu zmarło. Największy problem epidemiczny dotyczy krajów afrykańskich. Z HIV żyje tam dwie trzecie całej populacji zakażonych na świecie, czyli ponad 25 mln ludzi.

HIV. Trzy przypadki całkowitego wyleczenia

Nie ulega wątpliwości, że postęp naukowy ostatnich trzech dekad przeobraził zakażenie HIV z wyroku śmierci w stan dający się opanować za pomocą leków. Warto jednak dodać, że o ile obecnie HIV leczyć można, to wyleczyć się go nie da. Jedyne trzy przypadki (o ostatnim, który jako pierwszy dotyczy kobiety, doniesiono w tym roku) całkowitego wyleczenia z HIV są rezultatem transplantacji szpiku kostnego lub krwi pępowinowej od dawcy z odpowiednią wersją genu CCR5, która chroni przed infekcją wirusa. Celem przeszczepu było jednak przede wszystkim leczenie nowotworu krwi. Tego typu terapię można więc zastosować w bardzo specyficznych przypadkach i tylko u nielicznych. Reszcie pozostają dostępne leki przeciw HIV.

Preparaty te pozwalają jedynie obniżyć poziom wirusa we krwi do niewykrywalnego. To i tak bardzo duże osiągnięcie. W rezultacie pacjent nie zakaża kolejnych osób, a jego układ odporności nie ulega bardzo szybkiemu spustoszeniu. Dlaczego leki nie są w stanie wyeliminować wirusa całkowicie? HIV należy do retrowirusów. A to oznacza, że dzięki enzymowi odwrotnej transkryptazy przepisuje swój materiał genetyczny w postaci RNA na DNA, które następnie wbudowywane jest w genom komórki ludzkiej przez integrazę. Dostępne terapie nie są natomiast w stanie wyeliminować tego prowirusowego DNA. Wirus tkwi więc w organizmie i potrafi ukrywać się przed działaniem układu odporności. Przerwanie terapii albo utrata jej skuteczności prowadzi do wznowienia replikacji patogenu.

Terapie antyretrowirusowe – wielkie osiągnięcie, ale nie bez wad

Obecnie stosowane kombinacje leków mają istotny wpływ na poprawę jakości życia pacjenta. Preparaty nowej generacji nie są w przyjmowaniu tak problematyczne jak pierwsze terapie tego typu. Wciąż jednak działania niepożądane z nimi związane występują relatywnie często, choć w dużej mierze zależą od profilu pacjenta i czasu, który upłynął od zakażenia do włączenia leków. U pacjentów może wystąpić chociażby zespół lipidodystrofii, dyslipidemia, kwasica mleczanowa, oporność na insulinę, przewlekła choroba nerek czy zespół rekonstrukcji immunologicznej. Na dodatek niektórzy pacjenci nie reagują na takie terapie z powodu powstawania wariantów HIV opornych lub o obniżonej wrażliwości na stosowane leki.

Wyciąć HIV raz na zawsze

By pozbyć się całkowicie wirusa HIV z organizmu, trzeba by dysponować metodą, która z genomu komórki wytnie wystarczająco dużo prowirusowego DNA. Wtedy HIV utraciłby matrycę, na podstawie której może odtwarzać swoje białka i budować zakaźne cząstki. Pomysłów, jak to zrobić, pojawiło się sporo. Opierają się głównie na wykorzystaniu projektowanych małych interferujących RNA (siRNA) i małych RNA o kształcie spinki do włosów (shRNA), nukleazy z motywem palca cynkowego (ZFN) oraz nukleaz efektorowych przypominających aktywator transkrypcji (TALEN). Od pięciu lat bardzo duże nadzieje pod tym względem związane są również z CRISPR/Cas9, narzędziem do edycji genów. Za jego opracowanie przyznano w 2020 r. Nobla w dziedzinie chemii. O mechanizmie działania CRISPR pisano już wielokrotnie. W wielkim skrócie działa tak, że właściwie zaprojektowana cząsteczka RNA (gRNA) nakierowuje enzym Cas9 w odpowiednie miejsce DNA, które ma zostać wycięte. W przypadku terapii HIV Cas9 ma oczywiście usuwać DNA wirusa z DNA komórek człowieka. I po wirusie.

To, że CRISPR jest w terapii HIV obiecującą propozycją, wiadomo przynajmniej od 2013 r. Japońscy badacze dowiedli, wykorzystując linie komórkowe, że można tak stłumić ekspresję genów wirusa, a nawet usuwać krytyczne elementy jego genomu z DNA. Kolejne lata przyniosły potwierdzenie tych rewelacji. Wykorzystując zainfekowane wirusem zwierzęta, wykazano, że CRISPR może działać zgodnie z założeniem na poziomie całego organizmu. Przy okazji pojawiła się inna propozycja: by CRISPR-em edytować ludzkie geny kodujące receptor CCR5. HIV wykorzystuje go, zwłaszcza w początkowej fazie infekcji, by wnikać do komórek. Problem w tym, że istnieją warianty wirusa, często pojawiające się koło pięciu lat od infekcji, które mogą korzystać w tym celu z innego receptora – CXCR4.

Czy EBT-101 bezpiecznie wytnie HIV?

Ci z badaczy, którzy postawili na usuwanie genomu HIV z DNA komórki, zaliczyli niedawno niemały sukces. Propozycja terapeutycznego CRISPR o kodowej nazwie EBT-101, opracowana przez amerykańską firmę biotechnologiczną Excision BioTherapeutics, została dopuszczona do badań klinicznych, czyli z udziałem ludzi. Jej pierwsza faza, która ma na celu zbadanie bezpieczeństwa podawanego dożylnie preparatu, obejmie dziewięciu uczestników. Wszyscy żyją z HIV, przyjmują leki antyretrowirusowe skutecznie ograniczające poziom wirusa we krwi. Pierwszy pacjent już otrzymał EBT-101.

W celu wprowadzenia CRISPR/Cas9 do komórek EBT-101 wykorzystuje zmodyfikowanego wirusa towarzyszącego adenowirusom (ang. adeno-associated virus, AAV; to wirusy, których cykl replikacyjny jest zależny od obecności adenowirusów). Od wielu lat cieszą się one popularnością jako wektory dla różnych propozycji terapii genowych. Wszystkim uczestnikom badania EBT-101 podane zostanie tylko raz. Bezpieczeństwo interwencji będzie śledzone docelowo przez kolejne 15 lat.

Jak działa EBT-101? Po podaniu wektor wirusowy ma na celu infekowanie komórek i wprowadzenie do nich dwóch cząsteczek gRNA nakierowujących Cas9, enzym wycinarkę, na trzy różne fragmenty genomu HIV-1, który jest najczęstszym i najniebezpieczniejszym typem wirusa niedoboru odporności. W rezultacie znaczna część materiału genetycznego patogenu, w tym ta krytyczna dla jego replikacji, ma zostać usunięta z DNA komórek pacjentów.

EBT-101. Ważne, by nie przestrzelić

Rozpoczęcie badania terapii CRISPR z udziałem pacjentów żyjących z HIV to być może krok milowy na drodze do pokonania wirusa. Ważne jednak, aby nie popadać w nadmierny entuzjazm. Jednym z problemów ze stosowaniem CRISPR/Cas9 do edycji genów jest ryzyko jego działania w miejscu genomu innym niż zaplanowany. Zwłaszcza że cząsteczki gRNA mają na ogół krótkie sekwencje, które nie muszą być w 100 proc. komplementarne do docelowego odcinka DNA. Może się więc zdarzyć, że Cas9 nie wytnie tego, czego byśmy sobie życzyli. Takie nieintencjonalne edycje mogą być bez znaczenia, jeżeli dotkną regionów niekodujących np. białka albo funkcjonalnych cząsteczek RNA (np. miRNA). Gorzej, gdy tak się stanie. Skutki mogą być niełatwe do przewidzenia. Między innymi z tego powodu uczestnicy badania zostali objęci wieloletnią obserwacją.

Najbardziej potrzebujący na końcu kolejki?

Nie zmienia to faktu, że obecnie to właśnie CRISPR daje największą nadzieję na skuteczną metodę całkowitego wyleczenia z HIV. Wątpliwości budzi natomiast to, dla kogo taka terapia mogłaby być dostępna, oczywiście o ile okaże się wystarczająco bezpieczna i skuteczna. Walka z HIV musi się przecież toczyć przede wszystkim tam, gdzie znajduje się epicentrum zakażeń – w Afryce.

Jednak wiele krajów istotnie dotkniętych tym problemem jest zbyt uboga, by pozwolić sobie na wprowadzenie nowoczesnych terapii, na opracowanie których zainteresowany zyskami przemysł wydaje miliony dolarów. Bez sprawnie działających programów humanitarnych preparaty takie jak EBT-101 nie mają szans dotrzeć do Afryki na skalę, która byłaby niezbędna do opanowania wirusa. Doskonale obnażyła to niedawno pandemia covid i ograniczona dostępność szczepionek w krajach uboższych.

Trzeba jednak przyznać, że na obszarach takich jak subsaharyjska Afryka wzrosła dostępność do leków antyretrowirusowych. Dziesięć lat temu otrzymywało je niespełna 40 proc. żyjących z HIV. Dziś to już dwa razy więcej. Być może, choć pewnie z opóźnionym zapłonem, terapeutyki oparte na CRISPR też staną się szerzej dostępne dla najbardziej potrzebujących populacji. Ale najpierw poczekajmy cierpliwie na kolejne, choćby wstępne wyniki badań.