A tanulmány rejtett mechanizmust fedez fel a gyors COVID-változatok mögött

A tanulmány rejtett mechanizmust fedez fel a gyors COVID-változatok mögött

A COVID-t okozó SARS-CoV-2 vírusnak megvan az a zavaró képessége, hogy gyakran hozza létre saját maga változatait. Más vírusok is mutálódnak, de mivel a SARS-CoV-2 gyorsan elterjedt az emberi populációban a világjárvány idején, és emberek millióinak halálát okozta, a vírus dinamikus evolúciója komoly problémát jelentett: ismételten megkérdőjelezte szervezetünk immunválaszát a vírus elleni küzdelemben, és akadályozta a frissített vakcinák biztosítását.

Annak a genetikai mechanizmusnak a megértése, amely a SARS-CoV-2 variánsok generálására irányuló képességét vezérli, nagyban hozzájárulhat a COVID féken tartása felé. Ebben a ben megjelent tanulmánybanTermészetes mikrobiológiaA Baylor College of Medicine és az együttműködő intézmények kutatói kifejlesztettek egy új technológiát, az úgynevezett tARC-seq-et, amely feltárt egy genetikai mechanizmust, amely befolyásolja a SARS-CoV-2 eltérését, és lehetővé tette a csapat számára, hogy kiszámítsa a SARS-CoV-2 mutációs rátáját. A tARC-seq segítségével a laboratórium kutatói a SARS-CoV-2 új mutációit is kimutatták fertőzött sejtekben, összefoglalva a globális pandémiás vírusszekvenálási adatokból származó megfigyeléseket. Az eredmények hasznosak lehetnek a vírus evolúciójának nyomon követésében az emberi populációban.

A SARS-CoV-2 vírus DNS helyett RNS-t használ genetikai információinak tárolására. Laboratóriumunk régóta érdeklődik az RNS-biológia tanulmányozása iránt, és amikor a SARS-CoV-2 megjelent, úgy döntöttünk, hogy megvizsgáljuk az RNS-replikáció folyamatát, amely jellemzően hibás az RNS-vírusokban.”

Dr. Christophe Herman, a tanulmány megfelelő szerzője és a molekuláris és humángenetika professzora, Baylor College of Medicine

A kutatók az RNS-replikációs hibákat akarták nyomon követni, mert ezek kritikusak ahhoz, hogy megértsük, hogyan fejlődik, változik és alkalmazkodik a vírus az emberi populáción keresztül terjedve. A jelenlegi módszerekből azonban hiányzott a pontosság a ritka új SARS-CoV-2 mutációk kimutatására, különösen a kis számú vírust tartalmazó mintákban, például betegektől.

"Mivel a betegektől származó minták nagyon kevés SARS-CoV-2 RNS-másolatot tartalmaznak, nehéz különbséget tenni a SARS-CoV-2 RNS-függő RNS-polimeráz (RdRp), a vírus RNS-ét másolatokat készítő enzim hibái és a szekvenciaelemzésben használt többi enzim hibái között" - mondta Herman, a Dan L Cancer Compact Centerre tagja. „Kifejlesztettünk egy olyan technikát, amelyet Targeted Accurate RNA Consensus Sequencing-nek (tARC-seq) hívunk, amely lehetővé teszi számunkra, hogy valódi hibákat mérjünk a nagyon kis mennyiségben jelen lévő specifikus RNS másolásakor.”

Új perspektíva a SARS-CoV-2 változatok sokféleségének mozgatórugóiról

Az eredeti elképzelés az volt, hogy mivel a SARS-CoV-2 belső mechanizmussal rendelkezik az RdRp által elkövetett hibák kijavítására, a vírusnak nem szabad nagyon gyorsan fejlődnie vagy mutálódnia.

"Ez az elképzelés ellentétben állt azzal a ténnyel, hogy a világjárvány idején gyakran jelentek meg új COVID-változatok" - mondta Herman. „A világjárvány kezdete óta számos kiemelkedő változatot láttunk, köztük az Alfát, a Bétát, a Deltát és az Omicront, valamint ezeken a csoportokon belüli változatokat.”

Herman és munkatársai továbbfejlesztett elemző eszközükkel pontosan meghatározták a SARS-CoV-2 mutációs gyakoriságát és a mutációk típusait, mind a laboratóriumi sejttenyészetekben, mind a klinikai mintákban. "Azt találtuk, hogy a mutációs ráta magasabb volt az eredetileg vártnál, és ez magyarázza a COVID-változatok gyakori megjelenését" - mondta Herman.

Azt is felfedezték, hogy a SARS-CoV-2 RNS-ben vannak hotspotok, olyan helyek, amelyek érzékenyebbek a mutációkra, mint mások. "Például azonosítottunk egy hotspotot az RNS-régióban, amely megfelel a tüskeproteinnek, annak a fehérjének, amely lehetővé teszi a vírus bejutását a sejtekbe. Ezenkívül a tüskeprotein RNS-e számos vakcinából áll" - mondta Herman.

A tARC-seq módszer arra is rávilágított, hogy az új variánsok generálása sablonváltással járt. "Azt találtuk, hogy amikor egy RNS-templátot vagy szekvenciát másolnak, az RdRp egy másik templátra ugrik egy közeli víruson, majd folytatja az RNS másolását, így a kapott új RNS-másolat mindkét RNS-templát keveréke" - mondta Herman. "Ez a sablonváltás szekvencia-inszerciókhoz vagy deléciókhoz vezet, amelyek vírusvariabilitáshoz vezetnek. Komplex mutációkat is megfigyeltünk. A SARS-CoV-2 ezt a két erőteljes biológiai mechanizmust, a templátkapcsolókat és az összetett mutációkat használja ki, amelyek lehetővé teszik a gyors evolúciót." Változatok generálása az emberi populációkhoz való alkalmazkodáshoz és az abban való fennmaradáshoz.”

"Érdekes és izgalmas volt látni, hogy a tARC-seq lehetővé tette számunkra, hogy megörökítsünk új mutációk megjelenését laboratóriumi sejttenyészetekben, amelyek összefoglalják a globális pandémiás szekvenálási adatokkal megfigyelt mutációkat" - mondta Herman. "Új technológiánk pillanatképet rögzít az új mutációkról az egyes betegek klinikai mintáiban, és hasznos lehet a vírus evolúciójának nyomon követésében az emberi populációban."

Főszerző 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. Ron közreműködői Shaw és Shannon. A szerzők a következő intézmények közül egy vagy többhez kapcsolódnak: Baylor College of Medicine, University of Washington és Texas Children’s Hospital.

A tanulmányt a National Institutes of Health R01GM088653, 3R01AG061105-03S1, 1R21CA259780 és 1R21HG011229, valamint a National Science Foundation DBI-2032904 pályázata támogatta.

Források: