近日，美國紐約州哥倫比亞大學生物醫(yī)學工程系的Tal Danino教授團隊通過設計一個名為CAPPSID（原核生物與小核糖核酸病毒協(xié)同作用實現(xiàn)安全細胞內(nèi)遞送）的平臺來解決這些局限性。該系統(tǒng)由一種合成的細菌-病毒伙伴關系組成，通過全身遞送將一種溶瘤性小核糖核酸病毒遞送至腫瘤內(nèi)，其中細菌可以保護病毒免受循環(huán)中抗病毒抗體的攻擊。然后，一旦進入腫瘤內(nèi)部，細菌便可以啟動病毒并擴散。具體而言，CAPPSID依賴于一種工程改造的鼠傷寒沙門氏菌作為動態(tài)且合成的“衣殼”，在癌細胞內(nèi)轉錄并遞送病毒RNA，啟動一種可直接裂解周圍細胞的病毒。進一步對病毒進行工程改造，使其需要細菌提供的輔助酶才能完成病毒成熟和后續(xù)傳播，從而將病毒復制限制在原始含細菌細胞之外的一個額外感染周期內(nèi)。這種細菌-病毒協(xié)同作用共同實現(xiàn)了腫瘤抑制，并延長了工程病毒的復制時間。

該研究探索了設計兩種具有臨床相關性的微生物——鼠傷寒沙門氏菌和塞內(nèi)加谷病毒（SVA）之間不同合作水平的合成策略。通過將細菌作為一種動態(tài)且可工程改造的“合成衣殼”，將復制子和全長病毒RNA遞送至宿主細胞質中。利用CAPPSID技術，在完全免疫功能正常的小鼠中通過靜脈注射，徹底清除了皮下小細胞肺癌（SCLC）腫瘤，并克服了系統(tǒng)性中和抗體的作用。此外，細菌將復制子遞送至多種小鼠和人類細胞系中的實驗表明，該技術能夠突破病毒自然趨向性，遞送非傳播性自擴增病毒RNA。鑒于細菌可同時遞送蛋白質和核酸，通過工程改造一種病毒，使其蛋白質成熟依賴于細菌提供的蛋白酶（通過替換合成切割位點實現(xiàn)），從而設計了微生物間的相互作用。總之，作者團隊開發(fā)了一種多層工程方法，用于協(xié)調(diào)兩種微生物系統(tǒng)以應用于溶瘤治療。該平臺還進一步展示了，與單純遞送復制子相比，當補充一種對病毒傳播而言必需的工程化輔助酶時，通過微生物間的協(xié)調(diào)可顯著提高病毒的持久性。雖然SVA對小鼠無毒性，但實現(xiàn)靶向復制和克服系統(tǒng)性中和作用仍是開發(fā)新型病毒療法面臨的核心挑戰(zhàn)。通過這些努力，CAPPSID系統(tǒng)證明了病毒能夠延長細菌的抗腫瘤效應。

細菌遞送核酸（即細菌介導的基因轉移，bactofection）此前已有應用，例如，利用根癌農(nóng)桿菌在小麥中進行CRISPR/Cas9基因編輯，以及利用單核細胞增生李斯特菌、大腸桿菌和鼠傷寒沙門氏菌遞送小干擾RNA、含短開放閱讀框的RNA和質粒。與之前通過工程化鼠傷寒沙門氏菌遞送核酸的報道相比，利用鼠傷寒沙門氏菌中靈活可用的遺傳工程工具，成功將大型病毒RNA遞送至更廣泛的細胞類型。基于先前細胞內(nèi)遞送的研究，病毒RNA的主動復制可在初始宿主細胞中引起細胞病變效應，同時還能擴散至未被細菌感染的周圍細胞，從而擴大治療范圍。這種合作微生物聯(lián)合體可能通過多種機制產(chǎn)生上述效果，包括直接細胞病變效應、通過微生物病原體相關分子模式和損傷相關分子模式激活先天免疫，以及在完整適應性免疫系統(tǒng)背景下的新抗原交叉呈遞。

作者團隊在病毒中插入正交切割位點的努力凸顯了解決RNA病毒變異性的重要性。RNA依賴的RNA聚合酶以約萬分之一的錯誤率摻入錯誤堿基。通過首先確定體內(nèi)最常見的逃逸機制，并要求同時發(fā)生兩種獨立突變來降低這種逆轉的可能性，從而將逃逸概率呈幾何級數(shù)降低，以此減輕突變逃逸。然而，也可能發(fā)生其他類型的突變，如正交序列的整體缺失，盡管本研究中未觀察到此類情況。插入額外的煙草蝕刻病毒（TEV）切割位點，甚至額外的蛋白酶/切割位點對，可進一步提高該系統(tǒng)的穩(wěn)健性，并實現(xiàn)邏輯門控的病毒復制和傳播。

圖：工程細菌將自我復制的RNA遞送到宿主細胞的細胞質中

轉載自奇物論