Tam tikri patogenų genetinės medžiagos pokyčiai gali pakeisti jų gebėjimą užkrėsti žmogaus ląsteles arba geriau apsaugoti jas nuo imuninės sistemos gynybos. Tyrėjai šį poveikį ypač įspūdingai pastebėjo SARS-CoV-2 viruse.
Koronaviruso pandemijos metu tarpdisciplininė komanda TWINCORE, Eksperimentinių ir klinikinių infekcijų tyrimų centre Hanoveryje (Vokietija), tyrė sąveiką tarp mutacijų porų, kurios galėjo sukelti keletą šių užkrečiamumo ir imuninės sistemos pabėgimo pokyčių.
Dabar jie paskelbė savo išvadas žurnale Genomo biologija.
Virusų ar bakterijų genomo mutacijos atsiranda kiekvieną kartą, kai genetinė medžiaga replikuojasi, ir retai turi teigiamą poveikį. Jei taip, jie suteikia patogenui naujų savybių. Vienas iš jų pavyzdžių yra „pabėgimo mutacijos“, kurios leidžia virusui išvengti šeimininko organizmo imuninės sistemos gynybos. Kitos mutacijos gali padidinti užkrečiamumą. Jei kelios tokios mutacijos įvyksta vienu metu, jų bendras poveikis paprastai yra tik atskirų mutacijų poveikio suma. Tačiau tai ne visada tiesa.
„Šis reiškinys, kai mutacijų poros veikia sinergiškai, vadinamas epistatine sąveika“, – sako prof. Marco Galardini, TWINCORE Molekulinės bakteriologijos instituto RESIST tyrimų grupės „Mikrobų bendruomenių sistemų biologija“ vadovas. Bioinformatikas vadovauja projektui, kuriame taip pat dalyvauja mokslininkai iš kitų TWINCORE departamentų ir Helmholtzo infekcijų tyrimų centro Braunšveige.
„SARS-CoV-2 omikroniniame variante buvo pastebėtos tiek pabėgimo mutacijos, tiek padidėjęs užkrečiamumas“, – sako Galardini. „Epistatinė sąveika gali leisti patogenams įgyti palankių savybių, net jei atskiros mutacijos yra žalingos.” Galardini komanda norėjo išsiaiškinti šio neįprasto radinio esmę. Didžiąją dalį bioinformatinio darbo atliko Gabriel Innocenti, 2022 m. kviestinis tyrėjas laboratorijoje, o dabar – mokslų daktaras. Vienos medicinos universiteto studentas.
Mokslininkams buvo naudinga tai, kad joks kitas patogenas neturi tiek sekos duomenų, kiek SARS-CoV-2 koronavirusas.
„Mes galėjome dirbti su 15 milijonų genomo sekų, kurios buvo surinktos visame pasaulyje pandemijos metu”, – sako Galardini.
„Mus ypač domino, kaip anksti šis poveikis gali būti aptiktas, ar netgi galima numatyti remiantis genomo sekomis”, – priduria Innocenti. Savo kompiuteriniuose modeliavimuose mokslininkai sugebėjo parodyti žinomos epistatinės sąveikos prognozę tik su septyniomis genomo sekomis.
Tada tyrėjų komanda laboratoriniais eksperimentais sugebėjo įrodyti, kad virusai iš tikrųjų patenka į modelyje numatytą sąveiką. Jie bendradarbiavo su partneriais iš RESIST kompetencijos klasterio. „Virusai elgiasi lygiai taip pat užkrėstose ląstelių kultūrose“, – sako mokslų daktarė Maureen Obara. TWINCORE eksperimentinių infekcijų tyrimų instituto studentas. „Mūsų eksperimentais galėjome patvirtinti Marco komandos modeliavimą.
Galardini pirmiausia tiria genetines bakterijų savybes, pavyzdžiui, kaip Salmonella tampa atspari antibiotikams. „Tačiau yra tik vienas milijonas Salmonella sekos duomenų rinkinių, o tai tikrai yra labai didelis skaičius“, – sako jis. „Tačiau didžiulis koronaviruso sekų skaičius atvėrė mums visiškai naują tyrimų sritį.
Ateityje jis taip pat nori pritaikyti savo modelį bakterijoms. Tada būtų galima analizuoti klinikos sekos duomenis, siekiant nustatyti, ar epistatinė sąveika gali prisidėti prie tam tikrų antibiotikų neveiksmingumo.
„Mes norime sukurti klinikos įspėjimo sistemą”, – sako Galardini. Jis taip pat gali pasinaudoti kitų tarpdisciplininio RESIST tinklo tyrimų grupių patirtimi.
Pateikė TWINCORE