تكتشف الدراسة آلية مخفية وراء متغيرات فيروس كورونا السريعة

تكتشف الدراسة آلية مخفية وراء متغيرات فيروس كورونا السريعة

يتمتع فيروس SARS-CoV-2 الذي يسبب مرض كوفيد-19 بقدرة مثيرة للقلق على إنشاء متغيرات لنفسه بشكل متكرر. تتحور فيروسات أخرى أيضًا، ولكن مع انتشار SARS-CoV-2 بسرعة بين البشر أثناء الوباء وقتل ملايين الأشخاص، شكل التطور الديناميكي للفيروس مشكلة خطيرة: فقد تحدى بشكل متكرر الاستجابة المناعية لجسمنا في مكافحة الفيروس وأعاق عملية توفير اللقاحات المحدثة.

إن فهم الآلية الجينية التي تدفع قدرة SARS-CoV-2 على توليد متغيرات يمكن أن يقطع شوطًا طويلًا نحو إبقاء فيروس كورونا بعيدًا. في هذه الدراسة المنشورة فيعلم الأحياء الدقيقة الطبيعيطور باحثون من كلية بايلور للطب والمؤسسات المتعاونة تقنية جديدة تسمى tARC-seq، والتي كشفت عن آلية وراثية تؤثر على انحراف SARS-CoV-2 وسمحت للفريق بحساب معدل طفرة SARS-CoV-2. وباستخدام tARC-seq، اكتشف الباحثون في المختبر أيضًا طفرات جديدة في SARS-CoV-2 في الخلايا المصابة، ولخصوا الملاحظات من بيانات تسلسل الفيروسات الوبائية العالمية. قد تكون النتائج مفيدة لرصد تطور الفيروس بين البشر.

يستخدم فيروس SARS-CoV-2 الحمض النووي الريبي (RNA) بدلاً من الحمض النووي (DNA) لتخزين معلوماته الجينية. لقد كان مختبرنا مهتمًا منذ فترة طويلة بدراسة بيولوجيا الحمض النووي الريبوزي (RNA)، وعندما ظهر SARS-CoV-2، قررنا دراسة عملية تكرار الحمض النووي الريبي (RNA)، والتي عادة ما تكون عرضة للخطأ في فيروسات الحمض النووي الريبي (RNA).

الدكتور كريستوف هيرمان، مؤلف الدراسة المقابلة وأستاذ علم الوراثة الجزيئية والبشرية، كلية بايلور للطب

أراد الباحثون تتبع أخطاء تكرار الحمض النووي الريبي (RNA) لأنها ضرورية لفهم كيفية تطور الفيروس وتغيره وتكيفه مع انتشاره بين البشر. ومع ذلك، فإن الأساليب الحالية تفتقر إلى الدقة للكشف عن طفرات SARS-CoV-2 الجديدة والنادرة، خاصة في العينات التي تحتوي على أعداد صغيرة من الفيروسات، على سبيل المثال من المرضى.

قال هيرمان، عضو مركز Dan L Duncan الشامل للسرطان: "نظرًا لأن العينات المأخوذة من المرضى تحتوي على عدد قليل جدًا من نسخ RNA لـ SARS-CoV-2، فمن الصعب التمييز بين أخطاء بوليميريز RNA المعتمد على RNA (RdRp)، وهو الإنزيم الذي يصنع نسخًا من RNA لهذا الفيروس، وأخطاء الإنزيمات الأخرى المستخدمة في تحليل التسلسل". "لقد قمنا بتطوير تقنية نسميها تسلسل إجماع الحمض النووي الريبي الدقيق المستهدف (tARC-seq) الذي يسمح لنا بقياس الأخطاء الحقيقية في نسخ الحمض النووي الريبي (RNA) المحدد الموجود بكميات صغيرة جدًا."

منظور جديد لمحركات تنوع متغيرات SARS-CoV-2

كانت الفكرة الأصلية هي أنه نظرًا لأن SARS-CoV-2 لديه آلية داخلية لإصلاح الأخطاء التي يرتكبها RdRp، فلا ينبغي للفيروس أن يتطور أو يتحور بسرعة كبيرة.

وقال هيرمان: "كانت هذه الفكرة تتناقض مع حقيقة ظهور متغيرات جديدة لفيروس كورونا بشكل متكرر حول العالم أثناء الوباء". "منذ بداية الوباء، شهدنا عددًا من المتغيرات البارزة، بما في ذلك ألفا وبيتا ودلتا وأوميكرون، بالإضافة إلى المتغيرات داخل هذه المجموعات".

وباستخدام أداة التحليل المحسنة، حدد هيرمان وزملاؤه بدقة تكرار طفرة SARS-CoV-2 وأنواع الطفرات، سواء في مزارع الخلايا في المختبر أو في العينات السريرية. وقال هيرمان: "لقد وجدنا أن معدل الطفرة كان أعلى مما كان متوقعا في الأصل، وهذا يفسر الظهور المتكرر لمتغيرات فيروس كورونا".

واكتشفوا أيضًا أن هناك نقاطًا ساخنة في الحمض النووي الريبوزي SARS-CoV-2، وهي أماكن أكثر عرضة للطفرات من غيرها. وقال هيرمان: "على سبيل المثال، حددنا نقطة ساخنة في منطقة الحمض النووي الريبي (RNA) تتوافق مع البروتين الشوكي، وهو البروتين الذي يسمح للفيروس بدخول الخلايا. بالإضافة إلى ذلك، يتكون الحمض النووي الريبي (RNA) للبروتين الشوكي من العديد من اللقاحات".

كشفت طريقة tARC-seq أيضًا أن توليد المتغيرات الجديدة يتضمن تبديل القالب. قال هيرمان: "لقد وجدنا أنه عندما يتم نسخ قالب أو تسلسل RNA، ينتقل RdRp إلى قالب آخر على فيروس قريب ثم يستمر في نسخ RNA، بحيث تكون نسخة RNA الجديدة الناتجة عبارة عن مزيج من كلا قالبي RNA". "يؤدي تبديل القالب هذا إلى عمليات إدراج أو حذف تسلسل تؤدي إلى تباين الفيروس. لاحظنا أيضًا طفرات معقدة. يستغل SARS-CoV-2 هاتين الآليتين البيولوجيتين القويتين، ومفاتيح القالب والطفرات المعقدة، التي تتيح التطور السريع." توليد متغيرات للتكيف مع المجموعات البشرية والاستمرار فيها.

قال هيرمان: "كان من المثير للاهتمام والمثير أن نرى أن tARC-seq سمح لنا بالتقاط ظهور طفرات جديدة في مزارع الخلايا المختبرية التي تلخص الطفرات التي لوحظت في بيانات تسلسل الجائحة العالمية". "تلتقط تقنيتنا الجديدة لمحة سريعة عن الطفرات الجديدة في العينات السريرية من المرضى الأفراد وقد تكون مفيدة لمراقبة تطور الفيروس بين البشر."

المؤلف الرئيسي كاثرين سي. برادلي، تشن وانغ، ألاسدير جي إي جوردون، أليس إكس وين، باميلا إن لونا، ماثيو ب. كوك، بريندان ف. كوهرن، سكوت ر. كينيدي، فاسانثي أفادانولا، بيدرو أ. بيدرا، أوليفييه ليتشتارج، تشاد أ. شو وشانون إي رونكا مساهمون في هذا العمل. ينتمي المؤلفون إلى واحدة أو أكثر من المؤسسات التالية: كلية بايلور للطب، جامعة واشنطن، ومستشفى تكساس للأطفال.

تم دعم الدراسة من خلال منح المعاهد الوطنية للصحة R01GM088653 و3R01AG061105-03S1 و1R21CA259780 و1R21HG011229 ومنحة مؤسسة العلوم الوطنية DBI-2032904.

مصادر: