CRISPR и глубокое обучение выявили сотни человеческих белков, влияющих на инфекцию вируса Эбола

Исследователи из Broad Institute и Национальных лабораторий по изучению новых инфекционных заболеваний (NEIDL) Бостонского университета использовали метод оптического скрининга в пулах (optical pooled screening, OPS), чтобы идентифицировать гены человека, подавление которых нарушает способность вируса Эбола к инфицированию.

Метод OPS позволил протестировать на примерно 40 миллионах человеческих клеток, подвергнутых CRISPR-воздействию, как подавление каждого гена в геноме человека влияет на репликацию вируса. Работа опубликована в журнале Nature Microbiology.

Методология исследования:

• Ученые использовали CRISPR для нокаута каждого гена в геноме человека по одному в почти 40 миллионах клеток, а затем инфицировали каждую клетку вирусом Эбола.
• После фиксации и инактивации клеток обработка продолжилась вне лаборатории с высоким уровнем биобезопасности.
• С помощью программного обеспечения CellProfiler проанализировали изображения клеток, измерив общий вирусный белок и РНК в каждой клетке.
• Для более детального анализа использовали модель глубокого обучения, которая автоматически определила стадию инфекции Эбола для каждой отдельной клетки с высокой пропускной способностью.

Ключевые результаты:

• Анализ выявил сотни белков хозяина, подавление которых изменяло общий уровень инфекции, включая многие белки, необходимые для проникновения вируса в клетку.
• Нокаут других генов увеличивал количество вируса внутри включений (вирусных фабрик в клетке) и предотвращал дальнейшее прогрессирование инфекции.
• Некоторые гены, например UQCRB, указали на ранее нераспознанную роль митохондрий в процессе инфекции вируса Эбола. Обработка клеток малым молекулярным ингибитором UQCRB снизила инфекцию Эбола без вреда для здоровья клетки.
• Подавление других генов, таких как STRAP, изменяло баланс между вирусной РНК и белком.

Перспективы:

• Выявленные регуляторы вируса могут стать мишенями для будущей терапии, направленной на снижение тяжести заболевания у уже инфицированных людей.
• Вторичные скрининги показали, что подавление некоторых из этих генов прерывает репликацию родственных филовирусов — Судана и Марбурга, — что указывает на возможность создания единого лечения против нескольких вирусов.
• Подход OPS с использованием глубокого обучения может быть применен для изучения других патогенов и поиска новых способов лечения трудноизлечимых инфекций.