Študija odkriva skrite mehanizme za hitrimi različicami COVID

Študija odkriva skrite mehanizme za hitrimi različicami COVID

Virus SARS-CoV-2, ki povzroča COVID, ima motečo sposobnost, da pogosto ustvarja različice samega sebe. Tudi drugi virusi mutirajo, a ker se je SARS-CoV-2 med pandemijo hitro razširil po človeški populaciji in ubil na milijone ljudi, je dinamični razvoj virusa predstavljal resen problem: vedno znova je izzival imunski odziv našega telesa v boju proti virusu in oviral proces zagotavljanja posodobljenih cepiv.

Razumevanje genetskega mehanizma, ki poganja sposobnost SARS-CoV-2 za ustvarjanje različic, lahko veliko pripomore k obvladovanju COVID-a. V tej študiji, objavljeni vNaravna mikrobiologijaRaziskovalci z Baylor College of Medicine in sodelujoče ustanove so razvili novo tehnologijo, imenovano tARC-seq, ki je odkrila genetski mehanizem, ki vpliva na razhajanje SARS-CoV-2, in ekipi omogočila izračun stopnje mutacije SARS-CoV-2. Z uporabo tARC-seq so raziskovalci v laboratoriju odkrili tudi nove mutacije SARS-CoV-2 v okuženih celicah, pri čemer so povzeli opažanja iz globalnih podatkov o zaporedju pandemičnih virusov. Rezultati so lahko koristni za spremljanje razvoja virusa v človeški populaciji.

Virus SARS-CoV-2 za shranjevanje svojih genetskih informacij uporablja RNK namesto DNK. Naš laboratorij se že dolgo zanima za preučevanje biologije RNK in ko se je pojavil SARS-CoV-2, smo se odločili preučiti njegov proces replikacije RNK, ki je pri virusih RNK ​​običajno nagnjen k napakam.«

Dr. Christophe Herman, ustrezni avtor študije in profesor molekularne in humane genetike, Baylor College of Medicine

Raziskovalci so želeli slediti napakam replikacije RNK, ker so ključne za razumevanje, kako se virus razvija, spreminja in prilagaja, ko se širi skozi človeško populacijo. Vendar trenutne metode niso bile dovolj natančne za odkrivanje redkih novih mutacij SARS-CoV-2, zlasti v vzorcih z majhnim številom virusov, na primer pri bolnikih.

"Ker vzorci bolnikov vsebujejo zelo malo kopij RNA SARS-CoV-2, je težko razlikovati med napakami RNA-polimeraze, odvisne od RNA SARS-CoV-2 (RdRp), encima, ki naredi kopije RNA tega virusa, in napakami drugih encimov, uporabljenih v analizi zaporedja," je dejal Herman, član Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center. "Razvili smo tehniko, ki ji pravimo Targeted Accurate RNA Consensus Sequencing (tARC-seq), ki nam omogoča merjenje resničnih napak pri kopiranju specifične RNA, ki je prisotna v zelo majhnih količinah."

Nov pogled na dejavnike raznolikosti različic SARS-CoV-2

Prvotna misel je bila, da se virus ne bi smel zelo hitro razvijati ali mutirati, ker ima SARS-CoV-2 notranji mehanizem za popravljanje napak, ki jih naredi RdRp.

"Ta ideja je bila v nasprotju z dejstvom, da so se med pandemijo po svetu pogosto pojavljale nove različice COVID-a," je dejal Herman. "Od začetka pandemije smo videli številne vidne različice, vključno z alfa, beta, delta in omikron, pa tudi različice znotraj teh skupin."

Herman in njegovi sodelavci so s svojim izboljšanim orodjem za analizo natančno določili frekvenco mutacije SARS-CoV-2 in vrste mutacij, tako v celičnih kulturah v laboratoriju kot v kliničnih vzorcih. "Ugotovili smo, da je bila stopnja mutacije višja od prvotno pričakovane, in to pojasnjuje pogost pojav različic COVID," je dejal Herman.

Odkrili so tudi, da obstajajo vroče točke v RNA SARS-CoV-2, mesta, ki so bolj dovzetna za mutacije kot druga. "Na primer, identificirali smo vročo točko v regiji RNA, ki ustreza beljakovini spike, beljakovini, ki virusu omogoča vstop v celice. Poleg tega je RNA beljakovine spike sestavljena iz številnih cepiv," je dejal Herman.

Metoda tARC-seq je tudi razkrila, da je generiranje novih različic vključevalo preklapljanje predlog. "Ugotovili smo, da ko se kopira ena predloga ali zaporedje RNA, RdRp skoči na drugo predlogo na bližnjem virusu in nato nadaljuje s kopiranjem RNA, tako da je nastala nova kopija RNA mešanica obeh predlog RNA," je dejal Herman. "Ta zamenjava predloge vodi do vstavljanj ali izbrisov zaporedja, ki vodijo do variabilnosti virusa. Opazili smo tudi zapletene mutacije. SARS-CoV-2 izkorišča ta dva močna biološka mehanizma, zamenjave predlog in kompleksne mutacije, ki omogočajo hiter razvoj." Generiranje variant za prilagajanje in vztrajanje v človeški populaciji."

»Zanimivo in vznemirljivo je bilo videti, da nam je tARC-seq omogočil, da zajamemo nastanek novih mutacij v laboratorijskih celičnih kulturah, ki povzemajo mutacije, opažene s podatki o globalnem pandemičnem zaporedju,« je dejal Herman. "Naša nova tehnologija zajame posnetek novih mutacij v kliničnih vzorcih posameznih bolnikov in je lahko uporabna za spremljanje razvoja virusa v človeški populaciji."

Glavni avtor 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 in Shannon E. Ronca so sodelovali pri tem delu. Avtorji so povezani z eno ali več od naslednjih ustanov: Baylor College of Medicine, Univerza v Washingtonu in Texas Children's Hospital.

Študijo so podprli štipendije Nacionalnega inštituta za zdravje R01GM088653, 3R01AG061105-03S1, 1R21CA259780 in 1R21HG011229 ter štipendija Nacionalne znanstvene fundacije DBI-2032904.

Viri: