Štúdia odhaľuje skrytý mechanizmus za rýchlymi variantmi COVID

Štúdia odhaľuje skrytý mechanizmus za rýchlymi variantmi COVID

Vírus SARS-CoV-2, ktorý spôsobuje COVID, má znepokojivú schopnosť často vytvárať svoje varianty. Iné vírusy tiež mutujú, ale keďže SARS-CoV-2 sa počas pandémie rýchlo rozšíril v celej ľudskej populácii a zabil milióny ľudí, dynamický vývoj vírusu predstavoval vážny problém: opakovane spochybňoval imunitnú odpoveď nášho tela v boji proti vírusu a bránil procesu poskytovania aktualizovaných vakcín.

Pochopenie genetického mechanizmu, ktorý poháňa schopnosť SARS-CoV-2 generovať varianty, môže viesť dlhú cestu k udržaniu COVID na uzde. V tejto štúdii publikovanej vPrírodná mikrobiológiaVýskumníci z Baylor College of Medicine a spolupracujúce inštitúcie vyvinuli novú technológiu s názvom tARC-seq, ktorá odhalila genetický mechanizmus ovplyvňujúci divergenciu SARS-CoV-2 a umožnila tímu vypočítať mieru mutácie SARS-CoV-2. Pomocou tARC-seq výskumníci v laboratóriu tiež zistili nové mutácie v SARS-CoV-2 v infikovaných bunkách, čím zhrnuli pozorovania z globálnych údajov o sekvenovaní pandemických vírusov. Výsledky môžu byť užitočné na monitorovanie vývoja vírusu v ľudskej populácii.

Vírus SARS-CoV-2 používa na ukladanie svojej genetickej informácie RNA namiesto DNA. Naše laboratórium sa už dlho zaujíma o štúdium biológie RNA, a keď sa objavil SARS-CoV-2, rozhodli sme sa študovať jeho proces replikácie RNA, ktorý je v RNA vírusoch zvyčajne náchylný na chyby.

Dr. Christophe Herman, autor zodpovedajúcej štúdie a profesor molekulárnej a ľudskej genetiky, Baylor College of Medicine

Výskumníci chceli sledovať chyby replikácie RNA, pretože sú rozhodujúce pre pochopenie toho, ako sa vírus vyvíja, mení a prispôsobuje, keď sa šíri ľudskou populáciou. Súčasným metódam však chýbala presnosť na detekciu zriedkavých nových mutácií SARS-CoV-2, najmä vo vzorkách s malým počtom vírusov, napríklad od pacientov.

"Vzhľadom na to, že vzorky od pacientov obsahujú veľmi málo kópií RNA SARS-CoV-2, je ťažké rozlíšiť medzi chybami SARS-CoV-2 RNA-dependentnej RNA polymerázy (RdRp), enzýmu, ktorý vytvára kópie RNA tohto vírusu, a chybami iných enzýmov používaných pri sekvenčnej analýze," povedal Herman, člen komplexného centra rakoviny Dan L Duncan. "Vyvinuli sme techniku, ktorú nazývame Targeted Accurate RNA Consensus Sequencing (tARC-seq), ktorá nám umožňuje merať skutočné chyby pri kopírovaní špecifickej RNA, ktorá je prítomná vo veľmi malých množstvách."

Nový pohľad na faktory, ktoré ovplyvňujú rozmanitosť variantov SARS-CoV-2

Pôvodná myšlienka bola, že keďže SARS-CoV-2 má vnútorný mechanizmus na opravu chýb, ktoré robí RdRp, vírus by sa nemal vyvíjať ani mutovať veľmi rýchlo.

„Táto myšlienka bola v protiklade so skutočnosťou, že počas pandémie sa na celom svete často objavovali nové varianty COVID,“ povedal Herman. "Od začiatku pandémie sme videli množstvo prominentných variantov vrátane Alpha, Beta, Delta a Omicron, ako aj varianty v rámci týchto skupín."

Pomocou vylepšeného analytického nástroja Herman a jeho kolegovia presne určili frekvenciu mutácií SARS-CoV-2 a typy mutácií v bunkových kultúrach v laboratóriu aj v klinických vzorkách. „Zistili sme, že miera mutácií bola vyššia, ako sa pôvodne očakávalo, a to vysvetľuje častý výskyt variantov COVID,“ povedal Herman.

Zistili tiež, že v RNA SARS-CoV-2 sú aktívne body, miesta, ktoré sú náchylnejšie na mutácie ako iné. "Napríklad sme identifikovali hotspot v oblasti RNA, ktorý zodpovedá spike proteínu, bielkovine, ktorá umožňuje vírusu vstúpiť do buniek. Navyše RNA spike proteínu pozostáva z mnohých vakcín," povedal Herman.

Metóda tARC-seq tiež odhalila, že generovanie nových variantov zahŕňalo prepínanie šablón. "Zistili sme, že keď sa skopíruje jedna šablóna alebo sekvencia RNA, RdRp preskočí na inú šablónu na blízkom víruse a potom pokračuje v kopírovaní RNA, takže výsledná nová kópia RNA je zmesou oboch šablón RNA, " povedal Herman. "Tento templátový prepínač vedie k sekvenčným inzerciám alebo deléciám, ktoré vedú k vírusovej variabilite. Pozorovali sme aj komplexné mutácie. SARS-CoV-2 využíva tieto dva silné biologické mechanizmy, templátové prepínače a komplexné mutácie, ktoré umožňujú rýchlu evolúciu." Generovanie variantov na prispôsobenie sa a pretrvanie v ľudských populáciách.“

"Bolo zaujímavé a vzrušujúce vidieť, že tARC-seq nám umožnil zachytiť vznik nových mutácií v laboratórnych bunkových kultúrach, ktoré rekapitulujú mutácie pozorované s údajmi o globálnom sekvenovaní pandémie, " povedal Herman. "Naša nová technológia zachytáva snímku nových mutácií v klinických vzorkách od jednotlivých pacientov a môže byť užitočná na monitorovanie vývoja vírusu v ľudskej populácii."

Vedúci autori 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 prispievajú k tejto práci. Autori sú pridružení k jednej alebo viacerým z nasledujúcich inštitúcií: Baylor College of Medicine, University of Washington a Texas Children’s Hospital.

Štúdia bola podporená grantmi Národného inštitútu zdravia R01GM088653, 3R01AG061105-03S1, 1R21CA259780 a 1R21HG011229 a grantom Národnej vedeckej nadácie DBI-2032904.

Zdroje: