Tyrimas atranda paslėptą mechanizmą už greitų COVID variantų

Tyrimas atranda paslėptą mechanizmą už greitų COVID variantų

SARS-CoV-2 virusas, sukeliantis COVID, turi nerimą keliantį gebėjimą dažnai kurti savo variantus. Kiti virusai taip pat mutuoja, tačiau pandemijos metu SARS-CoV-2 sparčiai išplitus žmonių populiacijoje ir nužudžius milijonus žmonių, dinamiška viruso evoliucija sukėlė rimtą problemą: jis ne kartą metė iššūkį mūsų organizmo imuniniam atsakui kovojant su virusu ir trukdė teikti atnaujintas vakcinas.

Genetinio mechanizmo, lemiančio SARS-CoV-2 gebėjimą generuoti variantus, supratimas gali padėti suvaldyti COVID. Šiame tyrime, paskelbtame mNatūrali mikrobiologijaTyrėjai iš Baylor College of Medicine ir bendradarbiaujančių institucijų sukūrė naują technologiją, vadinamą tARC-seq, kuri atskleidė genetinį mechanizmą, turintį įtakos SARS-CoV-2 skirtumams, ir leido komandai apskaičiuoti SARS-CoV-2 mutacijų greitį. Naudodami tARC-seq, laboratorijos mokslininkai taip pat aptiko naujas SARS-CoV-2 mutacijas užkrėstose ląstelėse, apibendrindami stebėjimus iš pasaulinės pandemijos virusų sekos nustatymo. Rezultatai gali būti naudingi stebint viruso evoliuciją žmonių populiacijoje.

SARS-CoV-2 virusas naudoja RNR, o ne DNR, kad saugotų savo genetinę informaciją. Mūsų laboratorija jau seniai domėjosi RNR biologijos studijomis, o kai atsirado SARS-CoV-2, nusprendėme ištirti jo RNR replikacijos procesą, kuris paprastai yra linkęs į klaidas RNR virusuose.

Dr. Christophe'as Hermanas, atitinkamo tyrimo autorius ir molekulinės bei žmogaus genetikos profesorius, Baylor medicinos koledžas

Tyrėjai norėjo sekti RNR replikacijos klaidas, nes jos yra labai svarbios norint suprasti, kaip virusas vystosi, keičiasi ir prisitaiko plintant žmonių populiacijoje. Tačiau dabartiniams metodams trūko tikslumo aptikti retas naujas SARS-CoV-2 mutacijas, ypač mėginiuose su nedideliu virusų skaičiumi, pavyzdžiui, iš pacientų.

„Kadangi pacientų mėginiuose yra labai mažai SARS-CoV-2 RNR kopijų, sunku atskirti nuo SARS-CoV-2 RNR priklausomos RNR polimerazės (RdRp), fermento, kuris gamina šio viruso RNR kopijas, klaidas ir kitų fermentų, naudojamų sekų analizei, klaidas“, – sakė Hermanas, Dan L Can Duncan Complete Center narys. "Mes sukūrėme metodą, kurį vadiname tiksline tikslia RNR konsensuso seka (tARC-seq), kuri leidžia išmatuoti tikras klaidas kopijuojant specifinę RNR, kurios yra labai mažais kiekiais."

Naujas požiūris į SARS-CoV-2 variantų įvairovės veiksnius

Pirminė mintis buvo ta, kad kadangi SARS-CoV-2 turi vidinį mechanizmą, skirtą ištaisyti RdRp daromas klaidas, virusas neturėtų vystytis ar mutuoti labai greitai.

„Ši idėja prieštarauja faktui, kad pandemijos metu visame pasaulyje dažnai atsirasdavo naujų COVID variantų“, – sakė Hermanas. „Nuo pandemijos pradžios matėme daugybę žinomų variantų, įskaitant Alpha, Beta, Delta ir Omicron, taip pat variantus šiose grupėse.

Naudodami patobulintą analizės įrankį, Hermanas ir jo kolegos tiksliai nustatė SARS-CoV-2 mutacijų dažnį ir mutacijų tipus tiek ląstelių kultūrose laboratorijoje, tiek klinikiniuose mėginiuose. „Mes nustatėme, kad mutacijų dažnis buvo didesnis nei iš pradžių tikėtasi, ir tai paaiškina dažną COVID variantų atsiradimą“, - sakė Hermanas.

Jie taip pat išsiaiškino, kad SARS-CoV-2 RNR yra karštųjų taškų – vietų, kurios yra jautresnės mutacijoms nei kitos. "Pavyzdžiui, RNR regione nustatėme tašką, atitinkantį smaigalio baltymą, baltymą, leidžiantį virusui patekti į ląsteles. Be to, smaigalio baltymo RNR sudaro daugybė vakcinų", - sakė Hermanas.

tARC-seq metodas taip pat atskleidė, kad naujų variantų generavimas apima šablonų perjungimą. „Mes nustatėme, kad nukopijuojus vieną RNR šabloną arba seką, RdRp peršoka į kitą šalia esančio viruso šabloną ir toliau kopijuoja RNR, todėl gauta nauja RNR kopija yra abiejų RNR šablonų mišinys“, – sakė Hermanas. "Šis šablono jungiklis veda į sekos įterpimus arba ištrynimus, dėl kurių atsiranda viruso kintamumas. Mes taip pat stebėjome sudėtingas mutacijas. SARS-CoV-2 išnaudoja šiuos du galingus biologinius mechanizmus, šablonų jungiklius ir sudėtingas mutacijas, kurios įgalina greitą evoliuciją." Variantų, skirtų prisitaikyti prie žmonių populiacijų ir išlikti jose, generavimas.

„Buvo įdomu ir įdomu pamatyti, kad tARC-seq leido mums užfiksuoti naujų mutacijų atsiradimą laboratorinėse ląstelių kultūrose, kurios apibendrina pastebėtas mutacijas naudojant pasaulinės pandemijos sekos duomenis“, - sakė Hermanas. „Mūsų naujoji technologija užfiksuoja naujų mutacijų vaizdą atskirų pacientų klinikiniuose mėginiuose ir gali būti naudinga stebint viruso evoliuciją žmonių populiacijoje.

Pagrindiniai autoriai 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. Prie šio kūrinio prisideda Ron'as ir Shannonas. Autoriai yra susiję su viena ar keliomis iš šių institucijų: Baylor medicinos koledžu, Vašingtono universitetu ir Teksaso vaikų ligonine.

Tyrimą rėmė Nacionalinių sveikatos institutų dotacijos R01GM088653, 3R01AG061105-03S1, 1R21CA259780 ir 1R21HG011229 ir Nacionalinio mokslo fondo dotacija DBI-2032904.

Šaltiniai: