Новая технология поможет обнаружить любой вирус


Вирус Zika

Во время вспышки вируса Зика в 2015-16 гг. представители общественного здравоохранения боролись за сдерживание эпидемии и воздействия патогена на беременных женщин. В то же время ученые всего мира пытались понять генетику этого загадочного вируса.

Проблема была в том, что в крови больного пациента не так много частиц вируса Зика. Искать его в клинических образцах – все равно что искать иголку в стоге сена.

Новый вычислительный метод, разработанный учеными Института Брод, помогает преодолеть это препятствие. Созданный в лаборатории метод «CATCH» может быть использован для создания молекулярных «приманок» для любого человеческого вируса, и всех его известных штаммов, включая те, которые присутствуют в небольших количествах в клинических образцах, такие как вирус Зика. Этот подход может помочь небольшим центрам секвенирования по всему миру более эффективно и с минимальными затратами проводить эпиднадзор за болезнями, что может предоставить важную информацию для борьбы со вспышками.

Поскольку секвенирование генома становится критической частью эпиднадзора за болезнями, такие инструменты, как CATCH, помогут нам и другим [исследователям] ранее обнаружить вспышки и собрать больше данных о патогенах, которыми можно поделиться с более широкими научными и медицинскими исследовательскими сообществами.

Кристиан Матранга, соавтор нового исследования.

Ученые смогли обнаружить некоторые вирусы с низкой концентрацией, проанализировав весь генетический материал в клиническом образце, метод, известный как «метагеномное» секвенирование, но этот подход часто пропускает вирусный материал, который теряется в изобилии других микробов и ДНК пациента.

Другой подход заключается в «обогащении» клинических образцов для конкретного вируса. Для этого используют своего рода генетическую «приманку» для иммобилизации генетического материала целевого вируса, чтобы процессу не мешал другой генетический материал. Ученые из лаборатории Sabeti успешно использовали приманки, которые представляют собой молекулярные зонды, сделанные из коротких нитей РНК или ДНК, которые соединяются с кусочками вирусной ДНК образца, для анализа геномов вируса Эбола и Ласса. Однако зонды всегда были направлены на одного микроба, то есть ученые должны были точно знать, что ищут. И такие приманки не были разработаны строго и эффективно.

По сути, ученым нужен был вычислительный метод для разработки зондов, который мог бы обеспечить комплексную идентификацию всех микробов организма.

Мы хотели переосмыслить проектирование зондов захвата. Мы поняли, что можем захватывать разнообразные вирусы, с меньшим количеством проб, чем использовали раньше. Чтобы сделать это эффективным инструментом для наблюдения, мы решили попробовать нацеливаться примерно на 20 вирусов одновременно, и в конечном итоге мы масштабировались до 356 вирусных видов, известных при заражении людей.

Аспирант Массачусетского технологического института Хайден Мецки.

Аббревиатура CATCH расшифровывается как: компактная агрегация целей для комплексной гибридизации. Она позволяет разрабатывать индивидуальные наборы зондов для захвата генетического материала любой комбинации видов микроорганизмов, включая вирусы и их формы, известные по заражению людей.

Для полноценного запуска CATCH пользователи могут легко искать геномы всех форм вирусов человека, которые были загружены в базу данных последовательностей GenBank Национального информационного центра биотехнологии. Программа определяет лучший набор на основе того, что пользователь хочет обнаружить, будь то вирус или его подмножество. Список последовательностей зондов можно отправить одной из немногих компаний, которые синтезируют зонды для исследований. Ученые и клинические исследователи, желающие обнаружить и исследовать микробов, могут затем использовать зонды как рыболовные крючки, для захвата желаемой ДНК и секвенирования, тем самым обогащая образцы интересующего микроба.

Испытания наборов зондов, разработанных с помощью CATCH, показали, что после обогащения вирусное содержание выдало в 18 раз больше данных о секвенировании, чем до обогащения, что позволило команде собирать геномы, которые не могли быть получены из необогащенных образцов. Ученые подтвердили правильность метода, изучив 30 образцов с известным содержанием, охватывающим восемь вирусов. Исследователи также показали, что образцы вируса Ласса из вспышки Ласса в Нигерии в 2018 году, которые трудно секвенировать, можно выявить с помощью набора CATCH зондов. Кроме того, команда смогла улучшить обнаружение вирусов в образцах людей и комаров с неизвестным содержанием.

Используя CATCH, Метски и коллеги создали подмножество вирусных зондов, направленных на вирус Зика и chikungunya, еще один вирус, переносимый комарами, обнаруженный в тех же географических регионах. Наряду с геномами Зика, полученными с помощью других методов, данные, которые они генерировали с использованием зондов, разработанных CATCH, помогли им обнаружить, что вирус Zika был внедрен за несколько месяцев до того, как ученые смогли его обнаружить, и это может послужить основой для усилий по борьбе с будущими вспышками.

Чтобы продемонстрировать другие потенциальные применения CATCH, Кэтти Сиддл использовала образцы различных вирусов. Сиддл и другие работали с учеными в Западной Африке, где распространены вирусные вспышки и трудно диагностируемые лихорадки, чтобы создать лаборатории и рабочие процессы для анализа геномов патогенов на месте.


Мы бы хотели, чтобы наши партнеры в Нигерии могли эффективно выполнять метагеномное секвенирование из разных образцов, а CATCH помогает повысить чувствительность к этим патогенам.

Кэтти Сиддл, соавтор исследования.

Этот метод также является мощным средством для изучения не выявленных лихорадок с подозреваемой вирусной причиной.

Мы рады возможности использовать метагеномное секвенирование, чтобы пролить свет на эти случаи и, в частности, возможность сделать это локально в пострадавших странах.

Кэтти Сиддл, соавтор исследования.

Одним из преимуществ метода CATCH является его адаптивность. По мере выявления новых мутаций и добавления новых последовательностей в GenBank пользователи могут быстро перепроектировать набор зондов с актуальной информацией. Кроме того, хотя большинство конструкций зондов являются частной собственностью, Метски и Сиддл сделали общедоступными все модели, разработанные с помощью CATCH. Пользователи имеют доступ к фактическим последовательностям зондов в CATCH, что позволяет исследовать и настраивать конструкции зондов до их синтеза.

Возможности CATCH позволяют улучшить крупномасштабные исследования микробных колоний с высоким разрешением. Они также надеются, что когда-нибудь метод сможет найти применение в диагностических целях, когда результаты будут использоваться для принятия клинических решений. На данный момент ученые воодушевлены потенциалом для улучшения геномного эпиднадзора за вирусными вспышками.

Программное обеспечение CATCH общедоступно на GitHub. Его настройка и проверка описана в Nature Biotechnology.

Автор: Сюзанна М. Гамильтон, Broad Communications

Перевод: Филипп Дончев

0 0 голоса
Рейтинг статьи

Подписаться
Уведомить о
guest
0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x
()
x