SARS-CoV-2 podąża za przewidywalnymi śladami mutacji

SARS-CoV-2 podąża za przewidywalnymi śladami mutacji

Nowe badanie naukowe przeprowadzone przez University of Nebraska-Lincoln ujawniło, że anomalie występujące w wywołującej COVID-19 infekcji SARS-CoV-2 wydają się występować w gospodarstwie domowym – lub przynajmniej w kategorii koronawirusów najbardziej niebezpiecznych dla ludzi istoty.

Po zestawieniu bardzo wczesnego rozwoju SARS-CoV-2 z rozwojem jego najbliższych bliskich, betakoronawirusów, grupa z Nebraski odkryła, że ​​anomalie SARS-CoV-2 występują w zasadzie w tych samych obszarach, zarówno genetycznie, jak i strukturalnie.

Podobieństwa mutacyjne między SARS-CoV-2, a także jego prekursorami, składającymi się z zakażającego człowieka SARS-CoV-1, a także MERS-CoV, mogą pomóc w przekazywaniu prognoz, w jaki sposób infekcja wywołująca COVID z pewnością będzie się rozwijać, twierdzili naukowcy.

„Problem związany z patrzeniem tylko na jednego wirusa na raz polega na tym, że tracisz las na rzecz drzew”, twierdzi Katherine LaTourrette, uczennica studiów doktoranckich w programie Complex Biosystems w Nebrasce. „Patrząc na ten duży obraz, byliśmy w stanie przewidzieć mutacyjny charakter SARS-CoV-2.”

„To prowadzi do pytań: Czy szczepionki będą skuteczne w dłuższej perspektywie? Jakie warianty przemykają? Czy potrzebujemy tego zastrzyku wzmacniającego? Czy zaszczepione osoby zostaną zarażone po raz drugi?”

„Najprawdopodobniej trafisz w dziesiątkę”

Dziedziczny kod infekcji określa jej zdolność do skażenia komórek, a także prowadzi je do tworzenia jeszcze większej liczby własnych duplikatów. Ten kod zawiera podstawowe substancje lub nukleotydy, z anomaliami zachodzącymi wszędzie tam, gdzie te nukleotydy są włączane, odliczane lub wymieniane między sobą. Wiele anomalii ma niewielkie lub żadne rezultaty, podobnie jak próba zhakowania szczegółowego hasła poprzez przekształcenie tylko jednej osobowości prawdopodobnie przestanie działać.

Jednak przy wystarczających możliwościach infekcja ostatecznie odkryje anomalię lub anomalie, które zmieniają ustawienie jej połączeń architektonicznych lub aminokwasów, co jest wystarczające, aby pomóc jej znacznie lepiej atakować komórki, a także rozmnażać się – korzyści, które pomagają jej zwalczyć różne inne stresy. W niektórych sytuacjach zupełnie nowy stres może dodatkowo odwrócić działanie odpornościowe zmieszane z istniejącymi zastrzykami, wymagając wzrostu zupełnie nowych zastrzyków, aby chronić przed nim.

LaTourrette, a także jej doradca, Hernan Garcia-Ruiz, gorączkowo kontrastowali ze sobą wzorce mutacji w zakażeniach, które atakują różne królestwa organiczne – rośliny – kiedy wybuchła pandemia SARS-CoV-2. W tym celu naukowcy oceniali sekcje zsekwencjonowanego DNA z identycznych obszarów genomów wszystkich infekcji w danej kategorii. Szukali w szczególności anomalii jednopunktowych: odcinków, w których po prostu jeden nukleotyd rzeczywiście uległ transformacji. Identyfikując je, grupa zastanawiała się, czy określone anomalie pojawiają się w powiązanych infekcjach roślin, a następnie mapują te anomalie na przydatne dostosowania aminokwasów w infekcjach.

„Wiele razy naukowcy badają konkretnego wirusa roślinnego”, twierdzi LaTourrette. „Oni naprawdę dobrze o tym wiedzą. Ale nasze pytanie brzmiało: duży obraz, co robi rodzaj? Wiemy, że zmienność nie jest przypadkowa. Gromadzi się w określonych obszarach genomu, a obszary te są (czasami) spójne w całym rodzaju. Są to zazwyczaj obszary ważne dla takich rzeczy, jak adaptacja gospodarza – w zasadzie obszary, które będą musiały się zmieniać, aby dalej ewoluować z gospodarzem”.

„Kiedy wydarzył się COVID-19, pomyśleliśmy, że możemy pobrać sekwencje (betakoronawirusa) i przepuścić je przez potok i zobaczyć, gdzie występuje zmienność”.

Kiedy to zrobili, LaTourrette i jej współpracownicy odkryli, że rzekomy skok zdrowego białka, które wystaje z betakoronawirusów, a także ukrywa ich wejście bezpośrednio do komórek gospodarza poprzez wiązanie się z receptorami zewnętrznie, zmienia się szybko we wszystkich rozpoznanych betakoronawirusach, składających się z SARS-CoV- 2.

Naukowcy odkryli, że pomimo audytu zaledwie 17% genomu SARS-CoV-2, zdrowe białko „hiperzmienne” do tej pory zgromadziło około 50% całkowitych anomalii infekcji. Te anomalie powstają w tych samych obszarach genomu, a także w tych samych podjednostkach zdrowego białka kolca, jakie występują obecnie w każdym innym betakoronawirusie.

„Wszystkie nasze analizy wykazały, że to właśnie tam zachodzi zmienność” — twierdzi LaTourrette. „Nie miało znaczenia, kiedy na to spojrzeliśmy, na jaki wariant się przyjrzeliśmy — kluczowe było białko kolce”.

Grupa dodatkowo zakończyła, jak wielu innych wirusologów, że zdrowe białko SARS-CoV-2 jest nieuporządkowane – że podczas gdy jego aminokwasy są ustawione dokładnie w ten sam podstawowy projekt, ten projekt ma to, co LaTourrette nazwał „jakim miejscem do poruszania się” aby przejść do kilku różnych konfiguracji. To problem, twierdziła, uważając, że jego architektoniczna adaptacyjność najprawdopodobniej zapewni mu również pewną użyteczną przestrzeń do wstrząsów.

„Ludzie mogą mieć nieco inne receptory komórkowe w zależności od osoby” – twierdzi LaTourrette. „Więc musisz mieć receptor (białko kolczaste), który może pomieścić te małe zmiany. Jeśli był bardzo uporządkowany i nie mógł się przesunąć, to może nie mógł zarazić wszystkich. Ale dzięki tej elastyczności jest to znacznie lepszy wirus”.

„Zasadniczo ten obszar jest hiperzmienny i elastyczny. Więc to jest podwójna frajda.

Te wysokie cechy z pewnością pozostaną, aby SARS-CoV-2 stał się niesamowitym przeciwnikiem, który wymaga czujności, aby odeprzeć bezpośrednią przyszłość, twierdzi LaTourrette. Jednak zrozumienie jego wytrzymałości, które transformacyjne podłoże różnych innych betakoronawirusów może stanowić rozsądną zapowiedź tej przyszłości, musi pomóc wirusologom i wakcynologom w planowaniu w razie potrzeby.

W miarę rozwoju SARS-CoV-2 szczepionki mogą wymagać kontynuacji ukierunkowania na odrębny skok zdrowego białka, jednak mówienie o wzorcach mutacji betakoronawirusów może pomóc naukowcom w przewidywaniu, które nazwy domen zdrowego białka są najbardziej, a także najmniej prawdopodobne, aby się zmieniły. A to może sprawić, że przemieszczający się cel będzie znacznie łatwiejszy do trafienia, twierdzi LaTourrette.

„Jeśli zamkniesz oczy, gdy rzucasz rzutką w tarczę do rzutek, może ona trafić wszędzie” – twierdziła. „Ale patrząc na inne gatunki (betakoronawirusy), masz pojęcie, gdzie prawdopodobnie wyląduje. I bardziej prawdopodobne jest, że trafisz w dziesiątkę.

Chociaż LaTourrette faktycznie wróciła do królestwa roślin, twierdziła, że ​​możliwość dostosowania swojej pracy do tak pchającej funkcji potwierdza się za każdym razem, gdy satysfakcja pozostaje na krótko.

„Dla nas przejście (przejście) z roślin na koronawirusy było naprawdę pozytywnym sposobem na pokazanie, że można wykorzystać swoją naukę i wiedzę i zastosować je z korzyścią dla społeczeństwa” – twierdzi LaTourrette. „Widzieliśmy kilka naprawdę świetnych przykładów w ciągu ostatniego półtora roku grup, które dokonały tej zmiany”.

„Chociaż jest to bardzo trudny czas i jest wiele trudności, myślę, że to naprawdę pozytywne, gdy naukowcy spotykają się i mogą wspólnie przyczynić się do sprawy”.

LaTourrette, a także Garcia-Ruiz, asystent patologii roślin w Nebraska Center for Virology, przeprowadzili badania z obecną magisterką Natalie Holste, doktorantką Rosalbą Rodriguez-Peñan, a także Raquel Arrudą Leme, naukowcem z Brazylii.