Saat dia berbicara di hadapan ahli virologi dari Tiongkok, Australia, dan Singapura pada Simposium Aliansi Penelitian Pandemi bulan Oktober, Wei Zhao memperkenalkan ide yang menarik.
Teknologi penyuntingan gen Crispr terkenal karena memberikan terapi baru yang inovatif untuk penyakit langka, mengubah atau menghilangkan gen jahat dalam kondisi mulai dari penyakit sel sabit ke hemofilia. Namun Zhao dan rekan-rekannya di Institut Infeksi dan Imunitas Peter Doherty di Melbourne telah membayangkan penerapan baru.
Mereka yakin Crispr dapat dirancang untuk menciptakan pengobatan generasi berikutnya untuk influenza, baik itu jenis virus musiman yang menyerang belahan bumi utara dan selatan setiap tahunnya, atau varian baru yang mengkhawatirkan pada burung dan satwa liar lainnya yang mungkin memicu pandemi berikutnya.
Crispr dapat mengedit kode genetik—buku instruksi biologis yang memungkinkan adanya kehidupan—di dalam sel setiap makhluk hidup. Artinya, bentuknya bisa berbeda-beda. Versi paling terkenal dimediasi oleh enzim Cas9; ini dapat memperbaiki kesalahan atau mutasi dalam gen dengan memotong untaian DNA. Namun ahli virologi seperti Zhao lebih tertarik pada sepupu Cas9 yang kurang terkenal, yaitu enzim Cas13, yang dapat melakukan hal yang sama terhadap RNA. Dalam sel manusia, molekul RNA membawa instruksi dari DNA untuk membuat protein, namun kode genetik virus influenza seluruhnya terdiri dari untaian RNA—sebuah kerentanan yang dapat dieksploitasi oleh Cas13.
“Cas13 dapat menargetkan virus RNA ini dan menonaktifkannya,” jelas Zhao.
Sel manusia tidak secara alami membuat Cas9 atau Cas13; kedua enzim ini ditemukan di sistem kekebalan tubuh bakteri dan organisme mikroskopis yang disebut archaea, di mana Cas13 memungkinkan mereka menonaktifkan virus penyerang yang disebut fag. Zhao dan tim ilmuwan lainnya sedang merancang sistem inovatif untuk memberikan manfaat yang sama kepada manusia.
Mulanya dirintis di laboratorium sebagai antivirus Covid yang baru, ide mereka adalah mengembangkan semprotan hidung atau suntikan yang menggunakan nanopartikel lipid untuk menyampaikan instruksi molekuler ke sel yang terinfeksi flu di saluran pernapasan. Ini adalah proses dua tahap. Molekul pertama adalah mRNA yang memerintahkan sel untuk membuat Cas13, dan molekul kedua disebut RNA pemandu yang mengarahkan Cas13 ke bagian tertentu dari kode RNA virus influenza.
“Cas13 kemudian memotong RNA virus, mengganggu kemampuan virus untuk bereplikasi dan secara efektif menghentikan infeksi pada tingkat genetik,” kata Sharon Lewin, dokter penyakit menular di Peter Doherty Institute yang memimpin proyek tersebut.
Meskipun tujuan utamanya adalah menggunakan teknologi ini sebagai cara untuk mengekang infeksi jangka pendek, Zhao juga membayangkan semprotan tersebut digunakan untuk mencegah infeksi, misalnya selama musim flu yang sangat mematikan. “Pada dasarnya Anda mempersiapkan sel-sel di saluran pernapasan Anda untuk memproduksi Cas13 ini, sebagai lapisan pertahanan pertama,” katanya. “Ini seperti tentara—Anda akan memiliki prajurit yang bersenjata dan siap menghadapi musuh mereka.”
Daya tarik utama dari gagasan ini adalah bahwa Cas13 dapat direkayasa, melalui panduan RNA, untuk menargetkan wilayah yang disebut sebagai wilayah yang dilestarikan dari kode genetik influenza. Itu adalah segmen RNA yang diketahui yang ditemukan di hampir semua jenis flu dan sangat penting bagi kelangsungan hidup virus. Antivirus konvensional seperti Tamiflu hanya menargetkan jenis flu tertentu dengan cepat memperoleh perlawanan.
Crispr-Cas13 adalah salah satu inovasi terdepan di antara antivirus pan-fluenza, namun ada juga inovasi lainnya. Antibodi monoklonal juga dirancang untuk menargetkan wilayah kode genetik influenza yang dilestarikan, sementara obat lain bertujuan untuk meningkatkan produksi interferon, sistem alarm bawaan tubuh yang memberi sinyal pada sel kekebalan untuk menyerang patogen yang menyerang.
Karena strain influenza A saja telah membunuh 12.000 hingga 52.000 orang Amerika setiap tahunnya, tergantung pada tingkat keparahan musim flu, maka kebutuhan akan alternatif yang lebih baik sudah jelas. Namun seperti yang dikemukakan oleh Nicholas Heaton, profesor genetika molekuler dan mikrobiologi di Duke University, masih banyak rintangan yang harus diatasi sebelum semprotan atau suntikan hidung Crispr-Cas13 dapat diluncurkan.
“Saya menyukai gagasan ini, namun hal ini memasukkan protein asing dari bakteri ke dalam tubuh seseorang,” katanya. “Jadi, apakah tubuh akan memberikan respons imun terhadapnya?” Heaton juga memperingatkan terhadap “efek di luar target,” kemungkinan bahwa pengobatan Crispr secara tidak sengaja akan menyerang RNA tubuh Anda serta virus yang menyerang.
Salah satu penilaian keamanan awal telah dilakukan di Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering di Universitas Harvard, di mana para ilmuwan telah menggunakan sel paru-paru dan pembuluh darah manusia untuk menciptakan “paru-paru dalam sebuah chip.” Dalam kasus infeksi flu yang parah, influenza menyerang dan bereplikasi di dalam kantung udara mikroskopis yang disebut alveoli, menjadikannya model yang berguna untuk menguji apakah melatih sel-sel ini untuk memproduksi enzim Cas13 dapat membantu melawan flu yang parah.
Menurut Donald Ingber, direktur pendiri institut yang memelopori model lung-on-a-chip, penelitian telah menunjukkan bahwa sel bertenaga Cas13 dapat melawan berbagai jenis flu—mulai dari jenis H1N1 yang menyebabkan pandemi flu babi tahun 2009 hingga H3N2, yang menyebabkan banyak penyakit. wabah flu musiman yang sangat mematikan musim dingin ini. Tidak hanya itu, sepertinya tidak ada akibat yang tidak diinginkan. “Kami tidak melihat adanya efek yang tidak sesuai target, dan ini sungguh luar biasa,” kata Ingber. “Kami menekan replikasi virus, tetapi juga molekul yang memediasi peradangan yang dikeluarkan ketika jaringan Anda terinfeksi.”
Namun, para ilmuwan tetap berhati-hati. Ingber mengatakan bahwa menemukan cara untuk mengirimkan nanopartikel lipid yang berisi instruksi untuk membuat Cas13—langsung ke sel alveoli jauh di dalam paru-paru—bukanlah tugas yang mudah. Heaton juga menunjukkan bahwa antivirus apa pun yang menargetkan virus secara langsung dapat membantu mendorong patogen tersebut untuk bermutasi lebih lanjut, bahkan jika virus tersebut menargetkan bagian integral dari kode genetiknya. “Biasanya, yang kami temukan adalah alam punya jalannya,” katanya. “Ini seperti yang lama Taman Jurassic film.”
Heaton juga mencari cara alternatif untuk memanfaatkan kekuatan Crispr untuk mengatasi flu. Ide lainnya mungkin adalah bermain pertahanan, menggunakan enzim Cas9 untuk menyesuaikan kode genetik kita agar lebih tahan terhadap flu. “Kita semua memiliki gen yang sedang diekspresikan yang memungkinkan virus masuk ke dalam sel Anda dan bereplikasi,” katanya. “Tetapi bagaimana jika kita dapat menemukan salah satu faktor genetik utama yang benar-benar dibutuhkan oleh virus dan menguranginya sedikit. Apakah ada sesuatu dalam biologi kita yang dapat kita lakukan untuk mengurangi hal-hal yang tidak dapat dilakukan oleh influenza?”
Untuk menyelidiki hal ini, para ilmuwan telah melakukan serangkaian eksperimen yang melelahkan. Kelompok penelitian, termasuk laboratorium Heaton, mengambil sel manusia, menggunakan Cas9 untuk menghilangkan gen satu per satu, dan melihat apakah virus influenza masih dapat membunuh mereka. Hal ini telah menghasilkan penemuan penting: flu bergantung pada gen disebut SLC35A1, yang memastikan bahwa gula tertentu ada di luar sel kita. Menurut Heaton, gen ini adalah kelemahan flu.
“Flu menggunakan gula tersebut sebagai reseptor,” katanya. “Secara teoritis, jika Anda dapat membuat penghambat gen tersebut dan meminta seseorang menghirupnya, hal itu pada dasarnya akan menghentikan semua flu.”
Tentu saja, mengingat mamalia dan influenza telah terlibat dalam perlombaan senjata biologis selama jutaan tahun, evolusi kemungkinan besar telah memusnahkan SLC35A1 jika manusia dapat bertahan hidup tanpanya. Namun, Heaton tidak mengesampingkan pendekatan yang lebih berbeda.
“Bagaimana jika kita tidak menghilangkan gen ini sepenuhnya?” katanya. “Bagaimana jika kita hanya menghilangkan atau menguranginya secara sementara di bagian tertentu dari tubuh kita. Apakah hal tersebut dapat ditoleransi? Teknologi ini masih dalam tahap awal, namun saya menyukai gagasan untuk menemukan gen yang dapat membatasi kemampuan virus, dan kemudian mencoba melihat apakah hal tersebut aman.”
