Grant de 1 milion de dolari pentru cercetarea evoluției virusurilor ARN-DNA
Rămân multe necunoscute cu privire la originea virusurilor și modul în care acestea evoluează – însă căutarea răspunsurilor a fost obiectivul laboratorului eXtreme Virus, condus de profesorul Ken Stedman de la Portland State University, timp de 25 de ani.
Virusurile ADN, precum virusul monkeypox, au fost mult timp considerate a evolua complet separat de virusurile ARN, cum ar fi virusul gripal. În 2012, laboratorul lui Stedman a publicat pentru prima dată descoperirile referitoare la un nou grup numit crucivirusuri, care par să fi evoluat printr-o recombinare fără precedent între virusurile ARN și cele ADN. De atunci, sute de crucivirusuri au fost identificate din probe de mediu, variind de la apa din lacurile Antarcticii până la solul de pe campusul PSU. Laboratorul eXtreme Virus este unul dintre puținele, dacă nu chiar singurul, din lume dedicat studiului crucivirusurilor.
„Cu cât ne-am uitat mai mult, cu atât a devenit mai complicat. Toți credeam că virusurile ARN și ADN au origini complet diferite, dar cu crucivirusurile avem dovezi că acestea interacționează între ele. Vrem să încercăm să înțelegem cât de frecvent se întâmplă această interacțiune și dacă putem să o surprindem în acțiune”, a declarat Stedman.
Acesta este obiectivul unui nou grant de 1 milion de dolari, pe o perioadă de trei ani, acordat de National Science Foundation: o descoperire țintită a crucivirusurilor, a virusurilor ARN înrudite și a microorganismelor gazdă elusive. Prin evaluarea pattern-urilor de transfer genic orizontal, echipa speră să aducă lumină nu doar asupra originii crucivirusurilor și a organismelor gazdă, ci și asupra unor pattern-uri mai largi de apariție și evoluție a virusurilor.
„Dacă am putea înțelege cum interacționează virusurile ARN și ADN, acest lucru ne-ar putea ajuta și să ne gândim la potențiale pandemii noi”, a spus Stedman. „O combinație între cele două ar fi cu adevărat înfricoșătoare, așa că vrem să știm ceva despre cum se întâmplă acest lucru într-un context non-medical, pentru a putea evalua dacă este probabil să se întâmple ceva similar.”
Ignacio „Nacho” de la Higuera, un asociat de cercetare care s-a alăturat laboratorului în 2016 ca cercetător postdoctoral, afirmă că una dintre cele mai mari limitări ale echipei este că dispun doar de secvențele genetice ale virusurilor – nu de particule virale fizice.
„Avem multe secvențe, dar sunt atât de diferite între ele încât mai există multe lucruri pe care nu le știm”, a spus el. „Cât de aproape putem ajunge să înțelegem ce se întâmplă la nivelul mediului? Vrem să studiem populația de virusuri ADN, crucivirusuri și virusuri ARN înrudite din aceeași probă și să vedem dacă putem găsi un eveniment recent de transfer.”
De la Higuera a adăugat că echipa nu știe ce infectează crucivirusurile. Grupul dezvoltă noi tehnici pentru a putea merge într-un mediu cu crucivirusuri cunoscute și a căuta celulele gazdă, pe care suspectează că sunt microbi eucariote – organisme unicelulare care conțin un nucleu.
„A avea o gazdă înseamnă că poți apoi să te uiți la virus și la ceea ce face virusul în interiorul gazdei și să începi să înveți mult mai multe despre modul în care funcționează”, a afirmat Stedman.
Grupul va construi arbori evoluționari din secvențe și va folosi algoritmi de învățare automată mai noi pentru a modela istoria evolutivă a crucivirusurilor. Un fost intern de liceu din laborator a dezvoltat un algoritm AI care distinge între tipurile de capside – cochilia exterioară de proteine a unui virus care înconjoară și protejează materialul său genetic – găsite în virusurile ARN comparativ cu cele din crucivirusuri.
De la Higuera a menționat că crucivirusurile reprezintă singurul exemplu cunoscut de proteină de capsidă care poate înconjura atât genomuri virale ARN, cât și ADN.
„Unul dintre lucrurile pe care le-am învățat din aceste experimente de învățare automată este că există diferite moduri în care natura a modelat aceste capside pentru a împacheta fie ADN, fie ARN”, a spus el. „Capsidele sunt folosite în biomedicină pentru a livra terapii genice și vaccinuri celulelor din corpul nostru, așa că această cercetare ar putea ajuta potențial la conceperea unor instrumente mai bune pentru a împacheta eficient ADN sau ARN.”
Grantul va implica cercetători de liceu, studenți la nivel de licență și absolvenți în laborator. Grupul colaborează, de asemenea, regulat cu Oregon Museum of Science and Industry (OMSI) și plănuiește să-și extindă activitățile de informare despre evoluția virusurilor către comunitățile rurale prin programe virtuale – un subiect de interes în lumina recentei pandemii COVID-19. De la Higuera dezvoltă, de asemenea, o experiență de cercetare bazată pe cursuri pentru studenți, care ar duce această cercetare în mai multe săli de clasă.
