Studie objevuje skrytý mechanismus za rychlými variantami COVID

Studie objevuje skrytý mechanismus za rychlými variantami COVID

Virus SARS-CoV-2, který způsobuje COVID, má znepokojivou schopnost často vytvářet své varianty. Jiné viry také mutují, ale jelikož se SARS-CoV-2 během pandemie rychle rozšířil po celé lidské populaci a zabil miliony lidí, dynamický vývoj viru představoval vážný problém: opakovaně napadal imunitní odpověď našeho těla v boji proti viru a bránil procesu poskytování aktualizovaných vakcín.

Pochopení genetického mechanismu, který řídí schopnost SARS-CoV-2 generovat varianty, může vést k udržení COVID na uzdě. V této studii publikované vPřírodní mikrobiologieVýzkumníci z Baylor College of Medicine a spolupracujících institucí vyvinuli novou technologii nazvanou tARC-seq, která odhalila genetický mechanismus ovlivňující divergenci SARS-CoV-2 a umožnila týmu vypočítat míru mutace SARS-CoV-2. Pomocí tARC-seq vědci v laboratoři také detekovali nové mutace v SARS-CoV-2 v infikovaných buňkách, čímž shrnuli pozorování z globálních dat o sekvenování pandemických virů. Výsledky mohou být užitečné pro sledování vývoje viru v lidské populaci.

Virus SARS-CoV-2 používá k ukládání své genetické informace RNA místo DNA. Naše laboratoř se již dlouho zajímá o studium biologie RNA, a když se objevil SARS-CoV-2, rozhodli jsme se studovat jeho proces replikace RNA, který je u RNA virů obvykle náchylný k chybám.“

Dr. Christophe Herman, autor odpovídající studie a profesor molekulární a lidské genetiky, Baylor College of Medicine

Výzkumníci chtěli sledovat chyby replikace RNA, protože jsou zásadní pro pochopení toho, jak se virus vyvíjí, mění a přizpůsobuje, jak se šíří lidskou populací. Současné metody však postrádaly přesnost pro detekci vzácných nových mutací SARS-CoV-2, zejména ve vzorcích s malým počtem virů, například od pacientů.

"Vzhledem k tomu, že vzorky od pacientů obsahují velmi málo kopií RNA SARS-CoV-2, je obtížné rozlišit mezi chybami SARS-CoV-2 RNA-dependentní RNA polymerázy (RdRp), enzymu, který vytváří kopie RNA tohoto viru, a chybami ostatních enzymů používaných při sekvenční analýze," řekl Herman, člen Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center. "Vyvinuli jsme techniku, kterou nazýváme Targeted Accurate RNA Consensus Sequencing (tARC-seq), která nám umožňuje měřit skutečné chyby při kopírování specifické RNA, která je přítomna ve velmi malých množstvích."

Nový pohled na příčiny rozmanitosti variant SARS-CoV-2

Původní myšlenka byla, že protože SARS-CoV-2 má vnitřní mechanismus k opravě chyb, které RdRp dělá, virus by se neměl vyvíjet nebo mutovat velmi rychle.

"Tato myšlenka byla v kontrastu se skutečností, že se po celém světě během pandemie často objevovaly nové varianty COVID," řekl Herman. "Od začátku pandemie jsme viděli řadu prominentních variant, včetně Alpha, Beta, Delta a Omicron, stejně jako varianty v rámci těchto skupin."

Pomocí vylepšeného analytického nástroje Herman a jeho kolegové přesně určili frekvenci mutací SARS-CoV-2 a typy mutací, a to jak v buněčných kulturách v laboratoři, tak v klinických vzorcích. "Zjistili jsme, že míra mutací byla vyšší, než se původně očekávalo, a to vysvětluje častý výskyt variant COVID," řekl Herman.

Zjistili také, že v RNA SARS-CoV-2 jsou hotspoty, místa, která jsou náchylnější k mutacím než jiná. "Například jsme identifikovali hotspot v oblasti RNA, který odpovídá spike proteinu, proteinu, který umožňuje viru proniknout do buněk. Navíc je RNA spike proteinu tvořena mnoha vakcínami," řekl Herman.

Metoda tARC-seq také odhalila, že generování nových variant zahrnovalo přepínání šablon. "Zjistili jsme, že když se zkopíruje jeden templát nebo sekvence RNA, RdRp skočí na jiný templát na blízkém viru a pak pokračuje v kopírování RNA, takže výsledná nová kopie RNA je směsí obou templátů RNA, " řekl Herman. "Tento templátový přepínač vede k inzercím nebo delecím sekvencí, které vedou k virové variabilitě. Pozorovali jsme také komplexní mutace. SARS-CoV-2 využívá tyto dva silné biologické mechanismy, templátové přepínače a komplexní mutace, které umožňují rychlou evoluci." Generování variant, které se přizpůsobí lidské populaci a přetrvají v ní.“

"Bylo zajímavé a vzrušující vidět, že tARC-seq nám umožnil zachytit vznik nových mutací v laboratorních buněčných kulturách, které rekapitulují mutace pozorované s globálními daty o sekvenování pandemie," řekl Herman. "Naše nová technologie zachycuje snímek nových mutací v klinických vzorcích od jednotlivých pacientů a může být užitečná pro sledování vývoje viru v lidské populaci."

Hlavní autorka Catherine C. Bradley, Chen Wang, Alasdair JE Gordon, Alice X. Wen, Pamela N. Luna, Matthew B. Cooke, Brendan F. Kohrn, Scott R. Kennedy, Vasanthi Avadhanula, Pedro A. Piedra, Olivier Lichtarge, Chad A. Shaw a Shannon E. Ronca přispívají k této práci. Autoři jsou přidruženi k jedné nebo více z následujících institucí: Baylor College of Medicine, University of Washington a Texas Children’s Hospital.

Studie byla podpořena granty National Institutes of Health R01GM088653, 3R01AG061105-03S1, 1R21CA259780 a 1R21HG011229 a grantem National Science Foundation DBI-2032904.

Zdroje: