Uuring avastab varjatud mehhanismi kiirete COVID-variantide taga

Uuring avastab varjatud mehhanismi kiirete COVID-variantide taga

COVID-i põhjustaval SARS-CoV-2 viirusel on häiriv võime luua sageli iseenda variante. Muteeruvad ka teised viirused, kuid kuna SARS-CoV-2 levis pandeemia ajal kiiresti kogu inimpopulatsioonis ja tappis miljoneid inimesi, kujutas viiruse dünaamiline areng endast tõsist probleemi: see seadis korduvalt proovile meie keha immuunvastuse võitluses viirusega ja takistas ajakohastatud vaktsiinide pakkumist.

Selle geneetilise mehhanismi mõistmine, mis juhib SARS-CoV-2 võimet genereerida variante, võib aidata COVID-i eemal hoida. Selles aastal avaldatud uuringusLooduslik mikrobioloogiaBaylor College of Medicine'i ja koostööd tegevate institutsioonide teadlased töötasid välja uue tehnoloogia nimega tARC-seq, mis paljastas SARS-CoV-2 lahknemist mõjutava geneetilise mehhanismi ja võimaldas meeskonnal arvutada SARS-CoV-2 mutatsioonimäära. Kasutades tARC-seqi, avastasid labori teadlased nakatunud rakkudes SARS-CoV-2-s uusi mutatsioone, võttes kokku globaalse pandeemilise viiruse sekveneerimise andmete põhjal tehtud tähelepanekud. Tulemused võivad olla kasulikud viiruse evolutsiooni jälgimiseks inimpopulatsioonis.

SARS-CoV-2 viirus kasutab oma geneetilise teabe salvestamiseks DNA asemel RNA-d. Meie labor on juba pikka aega olnud huvitatud RNA bioloogia uurimisest ja kui SARS-CoV-2 ilmus, otsustasime uurida selle RNA replikatsiooni protsessi, mis on RNA viiruste puhul tavaliselt vigane.

Dr Christophe Herman, vastava uuringu autor ja molekulaar- ja inimgeneetika professor, Baylor College of Medicine

Teadlased soovisid jälgida RNA replikatsioonivigu, kuna need on kriitilise tähtsusega, et mõista, kuidas viirus inimpopulatsioonis levides areneb, muutub ja kohaneb. Kuid praegustel meetoditel puudus täpsus haruldaste uute SARS-CoV-2 mutatsioonide tuvastamiseks, eriti proovides, mis sisaldasid väikese arvu viiruseid, näiteks patsientidelt.

"Kuna patsientide proovid sisaldavad väga vähe SARS-CoV-2 RNA koopiaid, on raske eristada SARS-CoV-2 RNA-sõltuva RNA polümeraasi (RdRp), ensüümi, mis teeb selle viiruse RNA koopiaid, vigu ja teiste järjestuste analüüsis kasutatud ensüümide vigu," ütles Herman, Dan L Can Duncan Compound Centeri liige. "Oleme välja töötanud tehnika, mida kutsume sihtmärgiks täpseks RNA konsensusjärjestuseks (tARC-seq), mis võimaldab meil mõõta tegelikke vigu väga väikestes kogustes esineva spetsiifilise RNA kopeerimisel."

Uus vaatenurk SARS-CoV-2 variantide mitmekesisuse teguritele

Algne mõte oli, et kuna SARS-CoV-2-l on sisemine mehhanism RdRp tehtud vigade parandamiseks, ei tohiks viirus väga kiiresti areneda ega muteeruda.

"See idee oli vastuolus tõsiasjaga, et pandeemia ajal kerkisid maailmas sageli esile uued COVID-i variandid," ütles Herman. "Alates pandeemia algusest oleme näinud mitmeid silmapaistvaid variante, sealhulgas Alpha, Beta, Delta ja Omicron, aga ka variante nendes rühmades."

Kasutades oma täiustatud analüüsivahendit, määrasid Herman ja tema kolleegid täpselt kindlaks SARS-CoV-2 mutatsioonisageduse ja mutatsioonide tüübid nii laboris rakukultuurides kui ka kliinilistes proovides. "Leidsime, et mutatsioonimäär oli algselt oodatust kõrgem ja see seletab COVID-i variantide sagedast esilekerkimist," ütles Herman.

Samuti avastasid nad, et SARS-CoV-2 RNA-s on levialasid, kohti, mis on mutatsioonidele vastuvõtlikumad kui teised. "Näiteks tuvastasime RNA piirkonnas leviala, mis vastab spike-valgule, valgule, mis võimaldab viirusel rakkudesse siseneda. Lisaks koosneb teraviku valgu RNA paljudest vaktsiinidest," rääkis Herman.

tARC-seq meetod näitas ka, et uute variantide genereerimine hõlmas malli vahetamist. "Leidsime, et kui üks RNA matriits või järjestus kopeeritakse, hüppab RdRp lähedalasuval viiruse teisele mallile ja jätkab seejärel RNA kopeerimist, nii et saadud uus RNA koopia on mõlema RNA matriitsi segu," ütles Herman. "See malli lüliti viib järjestuste sisestamiseni või deletsioonideni, mis põhjustavad viiruse varieeruvust. Samuti täheldasime keerulisi mutatsioone. SARS-CoV-2 kasutab ära neid kahte võimsat bioloogilist mehhanismi, mallide lülitusi ja keerulisi mutatsioone, mis võimaldavad kiiret evolutsiooni." Variantide loomine inimpopulatsioonidega kohanemiseks ja püsimiseks.

"Oli huvitav ja põnev näha, et tARC-seq võimaldas meil tabada uute mutatsioonide tekkimist laboratoorsetes rakukultuurides, mis võtavad kokku globaalse pandeemia sekveneerimise andmetega täheldatud mutatsioonid," ütles Herman. "Meie uus tehnoloogia jäädvustab üksikute patsientide kliiniliste proovide uute mutatsioonide hetktõmmise ja võib olla kasulik viiruse evolutsiooni jälgimiseks inimpopulatsioonis."

Peaautor 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. Selle teose kaasaaitajad Ron ja Shannon. Autorid on seotud ühe või mitme järgmise asutusega: Baylor College of Medicine, Washingtoni Ülikool ja Texase lastehaigla.

Uuringut toetasid riiklike terviseinstituutide stipendiumid R01GM088653, 3R01AG061105-03S1, 1R21CA259780 ja 1R21HG011229 ning riikliku teadusfondi stipendium DBI-2032904.

Allikad: