Sekvenování Genomu Viru Chřipky A Genetická Charakterizace

2023 Autor: Stephanie Arnold | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-11-26 09:30

• Sekvenování genomu
• Genetická charakterizace
• Metody sekvenování genomu chřipky

Sekvenování genomu

Chřipkové viry se neustále mění, ve skutečnosti všechny chřipkové viry v průběhu času procházejí genetickými změnami (další informace viz Jak se virus chřipky může změnit: „Drift“a „Shift“). Genom viru chřipky se skládá ze všech genů, které tvoří virus. CDC provádí celoroční sledování cirkulujících chřipkových virů za účelem sledování změn v genomu (nebo částech genomu) těchto virů. Tato práce se provádí jako součást rutinního dozoru nad chřipkou v USA a jako součást role CDC jako spolupracujícího centra pro referenční a výzkum chřipky Světové zdravotnické organizace (WHO). Informace, které CDC shromažďuje při studiu genetických změn (známých také jako „substituce“, „varianty“nebo „mutace“) u chřipkových virů, hrají důležitou roli v oblasti veřejného zdraví tím, že pomáhají určit, zda vakcíny a antivirová léčiva budou působit proti aktuálně obíhajícím chřipkovým virům, jakož i pomoc při určování potenciálu virů chřipky u zvířat infikovat lidi.

Sekvenování genomu odhaluje sekvenci nukleotidů v genu, jako jsou písmena abecedy ve slovech. Nukleotidy jsou organické molekuly, které tvoří stavební blok strukturních jednotek nukleových kyselin, jako je RNA nebo DNA. Všechny chřipkové viry sestávají z jednovláknové RNA na rozdíl od dvojvláknové DNA. RNA geny chřipkových virů jsou tvořeny řetězci nukleotidů, které jsou spojeny dohromady a kódovány písmeny A, C, G a U, které znamenají adenin, cytosin, guanin a uracil. Porovnání složení nukleotidů v jednom virovém genu s pořadí nukleotidů v odlišném virovém genu může odhalit variace mezi těmito dvěma viry.

Genetické variace jsou důležité, protože mohou ovlivnit strukturu povrchových proteinů viru chřipky. Proteiny jsou tvořeny sekvencemi aminokyselin.

Substituce jedné aminokyseliny za jinou může ovlivnit vlastnosti viru, jako je například to, jak dobře se virus přenáší mezi lidmi a jak citlivý je virus na antivirová léčiva nebo současné vakcíny.

Plná velikost Infographic a textová verze

Sekvenování genomu odhaluje sekvenci nukleotidů v genu, jako jsou písmena abecedy ve slovech. Porovnání složení nukleotidů v jednom virovém genu s pořadí nukleotidů v odlišném virovém genu může odhalit variace mezi těmito dvěma viry.

Genetické variace jsou důležité, protože ovlivňují strukturu povrchových proteinů viru chřipky. Proteiny jsou tvořeny sekvencemi aminokyselin.

Substituce jedné aminokyseliny za jinou může ovlivnit vlastnosti viru, jako je například to, jak dobře se virus přenáší mezi lidmi a jak citlivý je virus na antivirová léčiva nebo současné vakcíny.

Chřipkové viry A a B - primární chřipkové viry, které infikují lidi - jsou RNA viry, které mají osm genových segmentů. Tyto geny obsahují „instrukce“pro výrobu nových virů a právě tyto pokyny používá chřipkový virus, jakmile infikuje lidskou buňku, aby přiměl buňku k produkci více chřipkových virů, čímž se rozšíří infekce.

Chřipkové geny se skládají ze sekvence molekul nazývaných nukleotidy, které se spojují ve tvaru řetězce. Nukleotidy jsou označeny písmeny A, C, G a U.

Sekvenování genomu je proces, který určuje pořadí nebo sekvenci nukleotidů (tj. A, C, G a U) v každém z genů přítomných v genomu viru. Úplné sekvenování genomu může odhalit přibližně 13 500-písmenovou sekvenci všech genů genomu viru.

Každý rok provádí CDC celé genomové sekvenování asi 7 000 virů chřipky z původních klinických vzorků odebraných pomocí virologického dohledu. Genom viru chřipky A nebo B obsahuje osm genových segmentů, které kódují (tj. Určují strukturu a vlastnosti) proteinů viru 12, včetně jeho dvou primárních povrchových proteinů: hemaglutininu (HA) a neuraminidázy (NA). Povrchové proteiny viru chřipky určují důležité vlastnosti viru, včetně toho, jak virus reaguje na určitá antivirová léčiva, genetickou podobnost viru se současnými viry chřipkové vakcíny a potenciál virů chřipky zoonotických (živočišného původu) infikovat lidské hostitele.

Genetická charakterizace

CDC a další laboratoře veřejného zdraví na celém světě od 80. let sekvenují geny chřipkových virů. CDC přispívá genovými sekvencemi do veřejných databází, jako je ikona GenBankexternal a externí ikona Globální iniciativa pro sdílení údajů o ptačí chřipce (GISAID) pro použití výzkumníky v oblasti veřejného zdraví. Výsledné knihovny genových sekvencí umožňují CDC a dalším laboratořím porovnat geny aktuálně cirkulujících chřipkových virů s geny starších chřipkových virů a virů používaných ve vakcínách. Tento proces porovnávání genetických sekvencí se nazývá genetická charakterizace. CDC používá genetickou charakterizaci z následujících důvodů:

• Chcete-li určit, jak úzce jsou „příbuzné“nebo podobné chřipkové viry geneticky vzájemně spojené
• Sledovat vývoj chřipkových virů
• Identifikovat genetické změny, které ovlivňují vlastnosti viru. Například k identifikaci konkrétních změn, které jsou spojeny s chřipkovými viry snadněji se šířícími, způsobujícími závažnější onemocnění nebo se vyvíjející rezistence na antivirová léčiva
• Posoudit, jak dobře by vakcína proti chřipkové chřipce mohla chránit před konkrétním virem chřipky na základě své genetické podobnosti s virem
• Monitorovat genetické změny virů chřipky cirkulujících v populacích zvířat, které by jim mohly umožnit nakazit lidi.

Relativní rozdíly mezi skupinou chřipkových virů jsou ukázány jejich uspořádáním do grafiky zvané „fylogenetický strom“. Fylogenetické stromy pro chřipkové viry jsou jako rodinné (genealogické) stromy pro lidi. Tyto stromy ukazují, jak úzce jsou „příbuzné“jednotlivé viry navzájem. Viry jsou seskupeny podle toho, zda jsou nukleotidy jejich genů identické nebo ne. Fylogenetické stromy chřipkových virů obvykle ukazují, jak podobné jsou virové hemaglutininové (HA) nebo neuraminidázové (NA) geny vůči sobě navzájem. Každá sekvence ze specifického viru chřipky má na stromě svou vlastní větev. Stupeň genetického rozdílu (počet nukleotidových rozdílů) mezi viry je reprezentován délkou vodorovných linií (větví) ve fylogenetickém stromu. Čím více virů je na horizontální ose fylogenetického stromu, tím více se viry geneticky liší.

Postava. Fylogenetický strom.

Například po CDC sekvencích viru chřipky A (H3N2) sebraného sledováním je virová sekvence katalogizována s jinými virovými sekvencemi, které mají podobný HA gen (H3) a podobný NA gen (N2). V rámci tohoto procesu CDC porovnává novou virovou sekvenci s ostatními virovými sekvencemi a hledá rozdíly mezi nimi. CDC pak používá fylogenetický strom k vizuální reprezentaci toho, jak geneticky se liší viry A (H3N2) od sebe navzájem.

CDC provádí genetickou charakterizaci chřipkových virů po celý rok. Tato genetická data se používají ve spojení s údaji o antigenní charakterizaci viru, aby pomohly určit, které vakcinační viry by měly být vybrány pro nadcházející vakcíny proti chřipce na severní polokouli nebo na jižní polokouli. V měsících vedoucích na konzultační setkání vakcín WHO v únoru a září CDC shromažďuje viry chřipky sledováním a porovnává genové sekvence HA a NA současných vakcinačních virů se sekvencemi virů cirkulující chřipky. Toto je jeden způsob, jak posoudit, jak úzce souvisí cirkulující chřipkové viry s viry, které byla vakcína proti sezónní chřipce formulována, aby byla chráněna před. Jak se viry shromažďují a geneticky charakterizují, lze odhalit rozdíly.

Například někdy v průběhu sezóny se cirkulující viry geneticky změní, což způsobí, že se liší od odpovídajícího viru vakcíny. To je jedna indikace, že pro vakcínu pro příští chřipkovou sezónu může být nutné vybrat jiný vakcinační virus, i když jiné faktory, včetně zjištění antigenní charakterizace, silně ovlivňují rozhodnutí o vakcíně. Povrchové proteiny HA a NA virů chřipky jsou antigeny, což znamená, že jsou imunitním systémem rozpoznány a jsou schopné vyvolat imunitní odpověď, včetně produkce protilátek, které mohou blokovat infekci. Antigenická charakterizace se týká analýzy reakce viru s protilátkami, která pomáhá posoudit, jak se vztahuje k jinému viru.

Metody sekvenování genomu chřipky

Jeden vzorek chřipky obsahuje mnoho částic chřipkového viru, které byly pěstovány ve zkumavce a které mají často malé genetické rozdíly ve srovnání s ostatními mezi celou populací sourozeneckých virů.

Vědci tradičně používali sekvenční techniku zvanou „Sangerova reakce“ke sledování vývoje chřipky v rámci virologického sledování. Sangerovo sekvenování identifikuje převládající genetickou sekvenci mezi mnoha chřipkovými viry nalezenými v izolátu. To znamená, že malé rozdíly v populaci virů přítomných ve vzorku se v konečném výsledku neodrážejí. Vědci často používají Sangerovu metodu k částečnému sekvenování genomu chřipkových virů, zatímco novější technologie (viz následující odstavec) jsou vhodnější pro celé genomové sekvenování.

Během posledních pěti let CDC používá metodiky „Next Generation Sequencing (NGS)“, které výrazně rozšířily množství informací a podrobností, které může sekvenční analýza poskytnout. NGS používá pokročilé molekulární detekce (AMD) k identifikaci genových sekvencí z každého viru ve vzorku. Proto NGS odhaluje genetické variace mezi mnoha různými částicemi viru chřipky v jediném vzorku a tyto metody také odhalují celou kódující oblast genomů. Tato úroveň podrobností může mít přímý přínos pro rozhodování v oblasti veřejného zdraví důležitým způsobem, ale údaje musí být pečlivě interpretovány vysoce kvalifikovanými odborníky v souvislosti s dalšími dostupnými informacemi. Více informací o tom, jak NGS a AMD revolucionizují mapování genomu chřipky na CDC, najdete v projektech AMD: Zlepšování chřipkových vakcín.

Dodatečné zdroje