I 2009 publiserte farmasi-giganten GlaxoSmithKline en artikkel i Antiviral Research som beskrev et lovende nytt medikament forskerne hadde undersøkt. Legemidlet, kalt GSK983, var et bredspektret antiviralt middel - et medikament som kunne bekjempe en rekke forskjellige virus - som så ut til å være effektivt mot HPV, mononukleose og mer. Oppgaven beskrev forbindelsens syntese og effekter og konkluderte med at det berettiget videre studier. Men underlig nok, ifølge studien, hadde forskere liten anelse om hvordan forbindelsen fungerte.
Pharma-giganten satte mye ressurser i stoffet; en tilsvarende artikkel viser syntese i kg skala, og noen dyreforsøk ble utført. Deretter sluttet selskapet stille eksperimentene. GSK983 hadde blitt forlatt.
År gikk, men stoffet ble ikke glemt. Da det ikke kom ut noen påfølgende artikler, bestemte en gruppe forskere ved Stanford seg selv for å takle problemet. "Det var interessant at det var et godt antiviral middel som den slags industri alene, sannsynligvis fordi de ikke kunne forklare virkemåten til dette stoffet, " sier Jan Carette, som driver et virologilaboratorium ved Stanford School of Medicine. Carette samarbeidet med kolleger fra genetikk- og kjemiavdelingene om en studie, publisert i Nature Chemical Biology i mars, som undersøkte GSK983s mekanisme og adresserte noen av problemene.
Takket være flere nye teknikker kan GSK983 tross alt ha en fremtid - en som kan hjelpe leger å bekjempe nye sykdommer som Zika uten å måtte gjennomgå mye FDA-byrå. Men GSK983 er bare ett medikament, som bare gjelder visse klasser av virus. Det kan være flott, eller det kan bare være en i en rekke forbindelser i jakten på bredspektrede antivirale midler - og et program med dobbelt genetisk screening som ble pioner i denne studien, kan være et kraftig verktøy som vil fremskynde hele prosessen.
Hvis du har en bakteriell infeksjon, går du til legen, som foreskriver et antibiotikum. Noen er mer effektive enn andre, og andre er bedre egnet til spesielle infeksjoner, men generelt sett, hvis du kaster et antibiotikum på en bakterie, vil det fjerne opp infeksjonen. Ikke slik med virus, hvorav de fleste krever egne målrettede medisiner eller vaksiner. Prosessen for å utvikle slike behandlinger kan strekke seg et tiår eller mer, da viruset ofte har utviklet seg og endret seg.
Dette er grunnen til at et bredspektret antiviral kan være så kraftig. Å ha ett medikament (eller et lite antall medikamenter) som kan brukes i nye epidemier som Zika, så vel som sjeldne sykdommer som ikke tiltrekker nok oppmerksomhet til å garantere spesifikke medisiner, ville være enormt viktig for både legemiddelfirmaer og offentlige helseorganisasjoner, påskynde global epidemisk respons og redde liv.
Men typisk er antiviral utvikling en smertefull langsom prosess. I motsetning til bakterier, som er mottagelige for generelle antibiotika, er det en utfordring å lage forbindelser som vil målrette mot flere virus fordi måten virus replikerer er så varierte, og fordi de er aktive i vertsens celler, forklarer Johan Nyets, professor i virologi ved University of Leuven, Belgia som har gått inn for bredspektret forskning i flere tiår.
Tempoet i medikamentutvikling kan være nøkkelen til å minimere omfanget av et utbrudd. “Hvis det dukker opp et nytt patogen, som tilfellet var med Zika, og du må begynne å utvikle medisiner på det tidspunktet dette nye patogenet dukker opp, er du for sent fordi det tar i gjennomsnitt 8-10 år før du har en forbindelse utviklet i laboratoriet til klinisk bruk, sier Nyets. Når kongressen diskuterer hvordan (og hvor mye) vi skal finansiere Zika-forskning, faller vi lenger og lenger bak.
GSK983 er rettet mot en klasse virus som kaprer en vertscells RNA og bruker den replikasjonsmekanismen for å lage flere virus. Å forstyrre prosessen (en teknikk som kalles vertsmålretting) er en måte å angripe en infeksjon på, men fordi enzymene viruset bruker for å kapre vertscellen er viktige for verten selv, inkluderer bivirkninger ofte å drepe eller forvirre selve cellene vi har. prøver å beskytte.
Stanford-mannskapet mistenkte at dette kan være det som holdt GSK983 tilbake. I originaloppgaven nevnte forfatterne at vertsceller noen ganger ville dø eller slutte å formere seg når medisinen ble administrert. "Utfordringen er å skille antivirale og veksthemmende effekter, " skrev forfatterne. GlaxoSmithKline har bekreftet at stoffet aldri gikk videre til forsøk på mennesker på grunn av toksisitet.
"Vi aner egentlig ikke hva GSKs planer var for dette stoffet, hva deres faktiske funn er, internt, " sier Michael Bassik, en adjunkt som har genetiske skjermer for Stanford-studien. Bassik trengte å oppdage nøyaktig hvilke gener stoffet målrettet var, slik at de kunne finne ut hva som drepte cellene. For å gjøre dette benyttet han seg av en helt ny teknikk - eller, egentlig, to teknikker parallelt: CRISPR og RNA-interferens.
CRISPR er den nyeste genredigeringsteknologien du jour bruker et protein for å spleise, eller i dette tilfellet, kutte ut genetisk informasjon. Det er ikke så enkelt som å bytte en bryter, men prosessen slår genene av en gang for å se hvilken som endrer atferden til stoffet.
RNA-interferens derimot, introduserer et stykke RNA-data som, når de blir transkribert, demper genvirkning, i stedet for å stenge dem helt av. Fordi dette endrer genenes funksjon, i stedet for å ødelegge dem, opprettholder de noen av handlingene sine. Dermed genererer teknikken data om essensielle gener som, hvis de ble slått ut fullstendig, ville drept cellen.
Hver teknikk finner et annet sett med gener; ved å henvise dem til, var Stanford-teamet i stand til å isolere sannsynlige mål - det vil si genene (og enzymene de produserer) som stoffet påvirker.
"Poenget med denne artikkelen er å si at du får, ved å gjøre disse to strategiene parallelt, et mye mer omfattende bilde av systemets biologi, og i dette tilfellet, biologien til hvordan dette spesielle stoffet fungerer, " sier Bassik.
Det det viste var dette: GSK983 fungerer som et interferon - det blokkerer et enzym kalt DHODH som brukes i replikering. (Dette var faktisk GlaxoSmithKlines gjetning også.) Uten det enzymet kan verken det RNA-baserte viruset eller den DNA-baserte cellen replikere. Denne innsikten gir forskere en bedre forståelse av hvordan de kan utnytte forbindelsen for å bekjempe denne typen virus uten å drepe cellene de prøver å redde.
Dette etterlater fremdeles problemet med toksisitet. Men ved å vite hvilket enzym som ble blokkert, klarte Stanford-teamet bare å gjenopprette DNA-replikasjonen ved å tilsette en forbindelse som ble kalt deoxycytidine, og dermed reversert toksisitet, men ikke antiviral aktivitet. De demonstrerte effektiviteten med dengue, sier Carette, og de neste trinnene inkluderer å teste den på Zika.
Dette ble bare testet in vitro i studien, påpeker Bassik, og in vivo-tester pågår. Det antyder fremtidig potensiale for GSK983, men kanskje enda viktigere, det viser at den doble CRISPR / RNA-skjermen kan være nyttig mot en av de største snublesteinene for stoffoppdagelse. "Du har en serie molekyler, du vet ikke hva målet deres er, " sier Bassik. "[Hvis] vi kan komme inn med denne teknologien og identifisere det faktiske målet, burde det virkelig lette utviklingen av disse stoffene."
GlaxoSmithKline lytter. "Den fornyede interessen har motivert oss til å se igjen på hvordan vi kan publisere disse dataene og gjøre informasjonen tilgjengelig for det vitenskapelige samfunnet, " sier talsperson Kathleen Cuca.
