O nouă bibliotecă ajută cercetătorii să studieze mii de proteine virale
Pentru a preveni virușii să ne îmbolnăvească sau să ne omoare – fie că e vorba de un caz individual de hepatită B sau de o pandemie COVID – este esențial să înțelegem modul în care proteinele pe care le produc inițiază schimbări în organismul nostru care le permit să prospere.
Un nou instrument a extins semnificativ scala la care cercetătorii pot studia aceste proteine, promițând să accelereze descoperirile fundamentale în virologie, să informeze dezvoltarea de noi vaccinuri și tratamente și să ajute omenirea să se protejeze împotriva patogenilor emergenți.
Instrumentul, numit ORFeome viral și descris pe 2 iulie în revista Cell, este cel mai mare de acest tip și permite analiza a mii de proteine virale într-un singur experiment. Designul său extinde, de asemenea, accesul biologilor care nu s-au specializat în virologie.
„Această bibliotecă dezvăluie modul în care virusurile manipulează celulele umane la o scară care pur și simplu nu era posibilă înainte”, a spus Stephen Elledge, profesor de genetică și medicină la Harvard Medical School și Brigham and Women’s Hospital, a cărui echipă a condus crearea acestui instrument.
„Credem că schimbă virologia de la studierea unui singur virus la descoperirea strategiilor comune și inovațiilor surprinzătoare pe care virusurile le-au evoluat, oferind o nouă bază puternică pentru înțelegerea amenințărilor virale emergente”, a adăugat Elledge.
Articolul din Cell arată cum echipa a folosit deja ORFeome-ul pentru a identifica sute de proteine virale care interferează cu răspunsul imunitar. Într-un al doilea articol, publicat pe 9 iulie în Science, Elledge și colegii săi explorează noi perspective pe care le-a dezvăluit în ceea ce privește modul în care virusurile deturnează sistemele de eliminare a deșeurilor ale celulelor pentru a evita atacul imunitar.
Se estimează că aproape 300 de tipuri de virusuri pot afecta oamenii. Totuși, majoritatea dintre ele – împreună cu proteinele pe care le produc – nu sunt bine studiate. Oamenii de știință tind să se concentreze pe un subset mic dintre aceste virusuri, adesea pentru că sunt semnificative din punct de vedere medical (precum gripa) sau servesc ca modele bune pentru a înțelege grupuri mai mari de virusuri (precum rabia, care este un model pentru toate rhabdovirusurile).
ORFeome-ul și alte biblioteci ORF asemănătoare sunt denumite după cadrele de citire deschise, termenul tehnic pentru secvențele de ADN care codifică proteine. Bibliotecile anterioare de ORF virale de la alte grupuri s-au concentrat pe virusuri individuale sau familii de virusuri și conțineau poate 100 sau 200 de secvențe fiecare. Noul ORFeome conține aproximativ 13.000 de secvențe fizice de ADN, sau construcții, care codifică aproximativ 9.000 de proteine din 513 virusuri diferite, de la hantavirusul Andes la virusul Ebola și virusul Zika.
„Cele mai multe virusuri nu au fost studiate în detaliu, însă evoluția a realizat deja nenumărate experimente pentru noi. Această bibliotecă ne oferă o modalitate de a citi rezultatele acestor experimente în întreaga lume virală”, a spus Elledge, care este de asemenea investigator al Howard Hughes Medical Institute.
Virusurile incluse în bibliotecă au fost selectate deoarece sunt cunoscute că infectează oamenii sau pentru că sunt rude apropiate care infectează animalele și ar putea deveni o amenințare pentru oameni.
O nouă bibliotecă ORF de la o echipă separată, raportată în aceeași ediție a revistei Cell și numită eORFeome, ia domeniul într-o altă direcție prin includerea a aproape 4.000 de secvențe din virusuri, bacterii și paraziți.
Cercetătorii pot lua între una și toate cele 13.000 de construcții de ADN din ORFeome-ul viral al lui Elledge și colegii săi și le pot introduce în culturi celulare astfel încât fiecare celulă să primească instrucțiuni pentru a produce o singură proteină virală. Cercetătorii pot investiga apoi care proteine afectează o funcție celulară – cum ar fi camuflarea celulei de atacul imunitar, perturbarea metabolismului sau prioritizarea replicării virale – și cum o fac.
„Odată ce ai această bibliotecă, poți începe să te uiți la modul în care virusurile interacționează cu tot felul de procese celulare diferite”, a spus Colin O’Leary, cercetător asociat în medicină la Brigham and Women’s în laboratorul lui Elledge, co-autor al articolului din Cell și co-autor al articolului din Science.
Rezultatele ar putea indica cercetătorilor proteine, gene sau procese umane sau virale care ar putea fi dezactivate – sau augmentate – pentru a lupta împotriva infecției, fie printr-un vaccin, fie printr-un medicament antiviral. Dacă instrumentul dezvăluie că mai multe virusuri folosesc aceeași tactică specifică, acest lucru ar putea ajuta la dezvoltarea de terapii care protejează împotriva mai multor boli, a spus O’Leary.
Echipa a atașat un cod de identificare unic cunoscut sub numele de cod genetic fiecărui ORF, permițând cercetătorilor să efectueze studii asupra tuturor celor 13.000 de ORF-uri simultan și să țină evidența fiecăruia. „Putem introduce secvențele într-o populație de celule, să punem întrebări precum care dintre ele fac ca celulele să crească mai bine sau mai puțin, și apoi să le identificăm prin codurile lor atunci când experimentul s-a încheiat”, a explicat O’Leary. „Nu a fost posibil înainte să se realizeze screening-uri genetice de acest tip cu proteine virale.”
Echipa va face ORFeome-ul disponibil gratuit pentru toți oamenii de știință. Elledge și colegii săi i-au conferit un design flexibil astfel încât cercetătorii să-l poată aplica la diferite sisteme model și tipuri de teste. „L-am proiectat astfel încât biologii care nu sunt virologi să-l poată folosi”, a spus Glassman. „Un mare avantaj este că avem o resursă unificată care este compatibilă cu fluxurile de lucru de laborator comune.”
Pentru a demonstra capabilitățile instrumentului, echipa a efectuat screening-uri genetice în trei tipuri de celule, căutând proteine virale care afectează proliferarea celulară; opresc celulele din a prezenta antigei pe suprafețele lor care declanșează sistemul imunitar să atace; sau blochează efectele interferonului, o substanță care determină celulele din apropiere să-și sporească apărarea împotriva infecției.
Au găsit mai mult de 700 de proteine virale care contribuie la cel puțin una dintre aceste acțiuni. Multe dintre aceste proteine nu fuseseră studiate anterior. Unele fuseseră studiate, dar nu se știa că au aceste funcții particulare.
Echipa a descoperit, de asemenea, că unele proteine virale îndeplinesc acțiuni pe care oamenii de știință nu le-ar fi prezis pe baza structurii și secvențelor lor genetice, a spus O’Leary. Aceasta demonstrează valoarea bibliotecilor ORF care reprezintă proteine virale reale comparativ cu bibliotecile care conțin secvențe prezise computațional că ar avea anumite funcții, au spus autorii.
În articolul din Science, ech
