基因编辑工具 CRISPR 可能对于对抗全球最致命的病毒之一——自 2020 年以来已导致数亿人死亡的病毒至关重要。
当然，这不是 Covid-19。这种病毒是一种特别具有攻击性的禽流感，导致全世界的鸡群大量减少。令人心碎的是，为了控制这种疾病，许多鸡群被扑杀。一打鸡蛋的价格飞涨？这种流感病毒是部分原因。
撇开食品杂货账单不谈，该病毒在家禽中的野火传播也令人担忧，它可能会传播到包括人类在内的其他物种身上。 据世界卫生组织称，自2022年以来，三大洲的10个国家报告了哺乳动物体内存在禽流感病毒的迹象，引发了人们对另一场大流行的担忧。
一些国家已启动疫苗接种活动来对抗该病毒。但这是一个可怕的敌人。与人类流感病毒株一样，这种病毒会迅速变异，随着时间的推移，疫苗的效果会降低。
但如果我们能够将感染消灭在萌芽状态呢？
本周，英国的一个团队培育出能够抵御常见禽流感的“超级鸡”。在鸡的原始生殖细胞（发育成精子和卵子的细胞）中，他们使用 CRISPR-Cas9 来调整对病毒繁殖至关重要的单个基因。
经过编辑的鸡的生长和行为与未经编辑的“对照”鸡一样。它们很健康，产蛋数量正常，并且在围栏里快乐地咯咯叫。但当它们受到现实生活中流感剂量（类似于受感染鸡舍中可能传播的流感剂量）的挑战时，它们的基因增强就会表现出来。经过基因编辑的鸡抵抗了病毒。所有对照鸟都感染了流感。
捷克科学院分子遗传学研究所的 Jiří Hejnar 博士（未参与这项研究） 告诉《科学》杂志，这些结果是“期待已久的成就”。早在 2020 年， Hejnar 使用 CRISPR改造鸡来抵抗致癌病毒，为鸟类的高效基因编辑铺平了道路。
这项技术还有很长的路要走。尽管基因增强，但一半的基因编辑鸟类在受到大剂量病毒攻击时还是生病了。这部分实验还提出了一个危险信号：病毒迅速适应了基因编辑，其突变使其成为更好的传播者——不仅在鸟类中，而且还获得了可能传播到人类身上的突变。
研究作者、伦敦帝国理工学院的温迪·巴克莱博士在新闻发布会上说：“这向我们证明了我们可以让鸡对这种病毒产生抵抗力。” “但我们还没有到那一步。”
目标
2016年，巴克莱发现了一种鸡基因，禽流感病毒利用该基因来感染鸡细胞并在鸡细胞内生长。它被称为 ANP32A，是基因家族的一部分，可将 DNA 信息翻译成其他生化信使以构建蛋白质。一旦进入鸟类细胞，流感病毒就可以利用该基因的产物来制造更多的自身副本并传播到附近的细胞。
ANP32A 并不是细胞和病毒之间唯一的遗传联系。后来的一项研究发现了第二种“保护”基因，可以阻止流感病毒在细胞中生长。该基因与 ANP32A 相似，但有两个重大变化，像关上门一样切断了病毒与细胞的连接。由于病毒需要宿主才能繁殖，这一障碍实际上切断了它们的生命线。
巴克莱说：“如果你能以某种方式破坏[基因-病毒]相互作用……也许通过这种基因编辑，那么病毒将无法复制。”
新的研究遵循了这一思路。他们使用 CRISPR，通过剪接在保护基因中观察到的两个遗传变化，改变了鸡原始生殖细胞中的 ANP32A。这些细胞被注射到鸡胚胎中后，会在健康成熟的鸡体内长成经过编辑的精子和卵子，这些鸡随后生出带有经过编辑的 ANP32A 基因的小鸡。
这个过程听起来很技术性，但它基本上是一种古老农业技术在 21 世纪的加速发展：饲养动物以保留所需的特性——在本例中是对病毒的抵抗力。
展台
该团队对经过基因编辑的鸡进行了多种病毒挑战测试。
在其中一项研究中，他们将一定剂量的禽流感病毒喷入 20 只两周大的小鸡的鼻子里——其中一半是经过基因改造的，其余的是正常繁殖的。这个过程听起来很激烈，但病毒的数量是根据受感染鸡舍中通常存在的病毒数量精心设计的。
所有 10 只对照鸟都生病了。相比之下，只有一只经过编辑的鸡被感染。即便如此，它也没有将病毒传播给其他经过基因编辑的鸟类。
在第二次测试中，研究小组将剂量增加到原来鼻喷的约 1000 倍。每只鸟，无论其基因构成如何，都会感染病毒。然而，经过基因编辑的鸟类需要更长的时间才能出现流感症状。它们体内的病毒水平也较低，并且不太可能将其传播给鸡舍中的其他人——无论基因构成如何。
乍一看，结果听起来很有希望。但他们也提出了危险信号。尽管病毒具有保护性“超级基因”，但病毒仍感染经过编辑的鸡，原因是这些鸡很快适应了基因编辑。换句话说，具有讽刺意味的是，旨在保护牲畜的基因交换可能会推动病毒更快地进化。
黄金三人组
为什么会出现这种情况呢？多项测试发现，病毒基因组中的突变可能使病毒能够抓住 ANP32A 家族的其他成员。这些蛋白质通常在流感病毒入侵期间坐在长凳上，默默地抵抗病毒复制。但随着时间的推移，病毒学会了与每个基因合作以促进其繁殖。
研究小组很清楚，类似的变化可能会让病毒感染其他物种，包括人类。巴克莱说：“我们并没有对所看到的突变感到震惊，但我们取得突破性的[感染]这一事实意味着我们未来需要进行更严格的编辑。”
伊拉斯姆斯大学医学中心研究禽流感侵入哺乳动物的桑德·赫夫斯特博士对此表示同意。 “一个不漏水的系统是必要的，这样鸡体内就不会再发生[病毒]复制，” 他告诉《科学》杂志。
一种潜在的解决方案是更多的基因编辑。 ANP32A 只是帮助病毒繁殖的三个基因成员之一。在初步测试中，研究小组禁用了培养皿中细胞中的所有三个基因。编辑过的细胞可以抵抗高度危险的流感病毒株。
但这仍然不是一个完美的解决方案。这些基因是调节健康和生育能力的多任务者。编辑所有这三个可能会损害鸡的健康和繁殖能力。现在的挑战是找到能够抵御病毒但仍保持正常功能的基因编辑。
除了生物技术之外，监管和公众舆论也在努力追赶基因编辑领域的步伐。目前，根据欧盟法律，CRISPR 动物被视为转基因生物 (GMO)，这一名称伴随着大量监管负担和公众认知问题。然而，由于像研究中那样的基因编辑模仿了自然界中自然发生的基因编辑，而不是将基因从一种生物体剪接到另一种生物体中，因此一些经过 CRISPR 编辑的动物可能更容易被消费者接受。
“我认为世界正在发生变化，”该研究的作者 Helen Sang 博士说，她是一位从事抗流感鸟类研究三十年的专家。随着技术的成熟，对基因编辑食品动物的监管可能会发生变化，但最终，什么是可以接受的将取决于多元文化观点。
原文： https://singularityhub.com/2023/10/12/crispr-engineered-super-chickens-are-resistant-to-bird-flu/