有勁的基因資訊

作者：許柏洋/有勁基因

      新冠肺炎疫情在全球持續延燒，由於該病毒易變種的特性，不僅疫苗研發，治療藥物設計方面也同樣遭遇瓶頸。不過，賓州州立大學團隊近來利用新冠病毒特性合成出缺陷干擾病毒，這個方法似乎為此疫病的治療打開了另一個希望的大門。¹

RNA病毒經常會發生基因體片段缺失的狀況，這些帶有缺失片段的病毒顆粒因編碼序列不完整、本身無法產生蛋白質外殼而失去感染力，然而它們仍能藉由包裹其他正常病毒所製造出的蛋白質外殼去感染宿主，並進行後續的病毒複製與釋出。由於這些有缺陷的病毒與正常病毒之間會互相競爭蛋白質外殼包裹與進行複製的機會，因而會干擾正常病毒在宿主細胞內的感染機會，所以又被稱為「缺陷干擾病毒(defective interfering virus)」。

冠狀病毒經常出現這樣的缺陷干擾病毒，這些缺陷干擾病毒其實也曾經被用來進行病毒基因體上功能位置的定位研究²。而這次，賓州州立大學的研究團隊是去合成一段人造的缺陷干擾病毒基因(以下簡稱DI)，將其與正常的新冠病毒一起拿去感染宿主細胞並產生競爭，然後觀測DI能否成功干擾新冠病毒的感染。

研究團隊先觀察參考了天然生成的缺陷干擾病毒序列，並從中擇選出三組保守序列(conserved sequences)片段，分別是(1)與病毒複製相關片段；(2)與蛋白質包裹有關的序列區；以及(3)有研究結果指出能提升複製效率的片段，然後合成包含此三組片段的DI基因(簡稱為DI₁)。此外，將和感染有關的片段二剔除，合成另一個DI基因(簡稱為DI₀)，作為實驗對照。 接下來 ，將合成的DI基因和新冠病毒株經胞外轉錄(In vitro transcription)後去感染Vero E6細胞株(綠猴腎細胞系，常用於病毒感染研究)，再利用qRT-PCR去檢測病毒量。

下圖一比較了不同感染狀況及時間下的病毒相對成長率(和感染4小時的數量相比)。研究團隊將純野生型感染組的病毒(灰色標示)、與同時帶有野生型病毒(藍色標示)及DI₁基因體的混合感染組兩者結果進行比較。在感染第24小時後，混合感染組的野生型病毒(藍色標示)其相對成長率只有純野生型感染組病毒(灰色標示)的一半左右(圖一a中)；此代表人造的DI₁基因確有能與野生型病毒基因體競爭複製途徑的能力。研究團隊接著拿此感染過病毒的細胞上清液(帶有細胞釋出的病毒顆粒)去感染新的Vero E6細胞株，並比較前次感染組和新感染組的病毒量比值，以確定病毒感染新細胞的能力。結果帶有DI₁基因的病毒其感染傳播量與野生型病毒相近，此顯示兩者將病毒基因體競爭包裹進蛋白外殼的速率不相上下，且兩者的完整病毒顆粒具有差不多的感染傳播能力(圖一b)。而在新感染組實驗中，混合了野生型(藍色標示)與帶有DI₁基因的病毒那組的感染結果，其野生型病毒(藍色標示)的相對成長率也是只有純野生型感染組病毒(灰色標示)的一半(圖一c上排)。在相對成長率的比較上，混合感染組中帶有DI₁基因的病毒其相對成長率為野生型病毒(藍色標示)的三倍左右，顯示DI₁基因對野生型病毒的複製成長具有明顯的抑制作用(圖一c下排)。

圖一、DI人工合成缺陷干擾病毒與野生型新冠病毒的宿主感染實驗結果

圖片來源：Yao, S., et al. A synthetic defective interfering SARS-CoV-2. PeerJ. 2021 Jul; 9:e11686.

      雖然此實驗僅為體外細胞研究，想要真正應用到臨床醫療上，仍有諸多驗證關卡與限制需要克服方有可能。但此研究發現無疑已為新冠肺炎的治療方法開拓出一條新的道路。

參考文獻

1、Yao, S., et al. A synthetic defective interfering SARS-CoV-2. PeerJ. 2021 Jul; 9:e11686. Retrieved from https://doi.org/10.7717/peerj.11686

2、Vignuzzi, M., López, C.B. Defective viral genomes are key drivers of the virus–host interaction. Nat Microbiol. 2019, Jun; 4:1075-1087. Retrieved from https://doi.org/10.1038/s41564-019-0465-y