МОСКВА, 10 апр — РИА Новости. Корейские микробиологи составили первую генную карту нового коронавируса. Оказалось, что геном SARS-CoV-2 содержит множество так называемых субгеномных РНК, функции которых не до конца понятны. Но многое ученым удалось выяснить. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell.
Коронавирус SARS-CoV-2 относится к группе РНК-вирусов, довольно сложный геном которых зашифрован в очень длинной молекуле рибонуклеиновой кислоты (РНК). Проникая в клетки-хозяева, вирус реплицирует геномную РНК и создает множество более мелких, называемых субгеномными. Эти субгеномные РНК используются для синтеза различных белков, из которых строятся элементы новых вирусных частиц: шипов, оболочек, мембран. Таким образом, если ученые найдут способ подавить субгеномные РНК, то это нарушит жизненный цикл вируса в организме. Но сперва надо понять, за что отвечает каждая из этих загадочных цепочек.
Биологам из Центра исследований РНК Института фундаментальных наук Южной Кореи (IBS) под руководством профессоров Ким Нарри (Kim V. Narry) и Чан Хьешик (Chang Hyeshik) в сотрудничестве с Корейским национальным институтом здоровья (KNIH) удалось детально проанализировать архитектуру генома РНК SARS-CoV-2 и составить его генную карту высокой степени детализации.
Исследователи экспериментально подтвердили наличие в геноме коронавируса девяти из десяти ранее известных субгеномных РНК (входящих в структуру вирусных частиц и транслирующихся в конкретные вирусные белки), а также обнаружили десятки неизвестных, образующихся на разных этапах жизненного цикла вируса в результате слияния и разложения. Кроме того, они выяснили, где именно находятся эти гены на геномной РНК.
"Это не просто детализация структуры SARS-CoV-2, — приводятся в пресс-релизе IBS слова профессора Ким Нарри. — Мы обнаружили многочисленные новые РНК и множественные неизвестные химические модификации вирусных РНК".
Жизненный цикл коронавируса SARS-CoV-2. Когда белок шипа коронавируса связывается с рецептором клетки-хозяина, вирус проникает в клетку, а затем оболочка отслаивается, что позволяет геномной РНК присутствовать в цитоплазме. РНК ORF1a и ORF1b создаются геномной РНК и затем транслируются в белки pp1a и pp1ab соответственно. Белки pp1a и ppa1b расщепляются протеазой с образованием 16 неструктурных белков. Некоторые неструктурные белки образуют комплекс репликации/транскрипции RdRp (РНК-зависимая РНК-полимераза), которые используют геномную позитивную цепную РНК в качестве матрицы. Геномная позитивная РНК, продуцируемая в процессе репликации, становится геном новой вирусной частицы. Субгеномные РНК, полученные в результате транскрипции, транслируются в структурные белки: S-белок шипа, E-белок оболочки, M-белок мембраны и N — нуклеокапсидный белок, которые образуют вирусную частицу. Белки шипа, оболочки и мембраны входят в эндоплазматический ретикулум, а белок нуклеокапсида объединяется с нитью геномной позитивной РНК, превращаясь в нуклеопротеиновый комплекс. Они сливаются в полную вирусную частицу в отсеке эндоплазматического ретикулума — аппарата Гольджи и выводятся во внеклеточную область через аппарат Гольджи и везикулу.
Авторы предполагают, что модифицированные в ходе жизненного цикла РНК могут получить новые свойства, отличающие их от немодифицированных, даже если они несут одинаковую генетическую информацию. По мнению исследователей, выявление неизвестных характеристик РНК позволит подобрать ключ для борьбы с новым коронавирусом.
"Хотя требуется дальнейшее изучение, уже можно сказать, что подобные молекулярные события могут привести к относительно быстрой эволюции коронавируса. Более того, мы находим множество неизвестных химических модификаций вирусных РНК. Пока неясно, что делают эти модификации, но возможно, что они помогают вирусу избежать атаки со стороны клетки-хозяина", — говорит Ким.
Успех корейских микробиологов основан на применении двух дополнительных методов: секвенирования кольцевых молекул ДНК (наноболов) и прямого нанопорового секвенирования РНК.
Обычные методы секвенирования требуют пошагового процесса разрезания и преобразования РНК в ДНК перед ее считыванием. Нанопоровое секвенирование позволяет напрямую анализировать всю длинную вирусную РНК без фрагментации, а секвенирование кольцевых молекул ДНК имеет преимущество анализа большого количества последовательностей с высокой точностью. Эти два взаимодополняющих метода оказались очень эффективными для анализа вирусных РНК.
"Теперь мы получили генную карту нового коронавируса с высоким разрешением, которая поможет нам найти каждый бит генов на всех РНК SARS-CoV-2 и всех модификациях РНК. Настало время исследовать функции вновь открытых генов и механизм, лежащий в основе слияния вирусных генов. Мы также должны работать над модификациями РНК, чтобы увидеть, какую роль они играют в репликации вируса и иммунном ответе. Мы твердо верим, что наше исследование будет способствовать прогрессу в диагностике и терапии для более эффективной борьбы с вирусом", — отмечает Ким.