光学CRISPR筛选技术揭示埃博拉病毒新靶点

光学池化CRISPR筛选技术识别埃博拉病毒潜在新药靶点

研究人员采用一种在某机构开发的光学成像筛选方法，成功识别出当人类基因被沉默时能够削弱埃博拉病毒感染能力的关键基因。这种方法被称为光学池化筛选（OPS），使科学家能够在约4000万个经过CRISPR扰动的人类细胞中测试沉默每个人类基因组基因对病毒复制的影响。

通过基于机器学习的扰动细胞图像分析，研究团队发现了多个在埃博拉感染不同阶段起作用的宿主蛋白，这些蛋白被抑制后会显著削弱病毒的复制能力。这些病毒调控因子可能为未来干预治疗提供新途径，帮助降低感染者疾病严重程度。

该研究方法结合了高内涵成像（可同时显示大量细胞的详细变化）和池化扰动筛选（显示遗传元素如何影响这些变化）的优势。研究团队使用CRISPR技术逐个敲除人类基因组中的每个基因，然后用埃博拉病毒感染每个细胞。随后将细胞固定并灭活，以便在高度防护实验室外进行后续处理。

在获取细胞图像后，研究人员使用CellProfiler图像分析软件测量每个细胞中的总病毒蛋白和RNA。为了从图像中获取更多信息，团队借助深度学习模型自动确定每个单细胞的埃博拉感染阶段。该模型能够以高通量方式区分感染阶段的细微差异，这是以往方法无法实现的。

通过对所有4000万个细胞中的CRISPR引导RNA部分进行测序，研究人员确定了每个细胞中被沉默的人类基因，从而指示了哪些宿主蛋白（和潜在病毒调控因子）被靶向。分析揭示了数百个当被沉默时会改变总体感染水平的宿主蛋白，其中许多是病毒进入细胞所必需的。

敲除其他基因会增强病毒包涵体内的病毒数量（这些结构在人类细胞中形成病毒工厂），并阻止感染进一步进展。其中一些人类基因（如UQCRB）指出了线粒体在埃博拉病毒感染过程中先前未被认识的作用，这可能为治疗提供新靶点。实际上，用UQCRB小分子抑制剂处理细胞可减少埃博拉感染，且对细胞自身健康没有影响。

在系列二次筛选中，科学家们检查了部分突出基因在相关丝状病毒感染中的作用。沉默其中一些基因可中断苏丹和马堡病毒的复制，这些病毒具有高致死率且尚无批准治疗方法，因此单一疗法可能对多种相关病毒有效。

该研究方法还可用于检查其他病原体和新发传染病，并寻找治疗新方法。研究人员表示，通过这种方法可以同时测量多个特征，并揭示病毒与宿主之间相互作用的新线索，这是其他筛选方法无法实现的。

研究资金部分来自某机构、国家人类基因组研究所、某基金会、某奖学金项目、国家科学基金会、某博士后奖学金项目、某研究中心、国家卫生研究院和海军研究办公室。