Более глубокое понимание вирусных инфекций

Инфекция цитомегаловирусом обычно безвредна для взрослых. Однако во время беременности вирус может передаться будущему ребёнку и вызвать пороки развития. Попав в человеческую клетку, вирусы начинают производить большое количество вирусных белков. Это более 500 белков и пептидов, включая 200 ранее неизвестных науке.

Это открытие стало возможным благодаря новому методу биоинформатического анализа, разработанному на кафедре вирусологии Университета Юлиуса-Максимилиана в Вюрцбурге (JMU). Команды профессора Ларса Дёлькена и профессора Флориана Эрхарда опубликовали свой метод в журнале Nature Methods. Новая техника важна для медицинских применений, так как знание всего набора вирусных белков, используемых, например, для уклонения от иммунной системы, критически важно для борьбы с инфекциями или разработки вакцин.

Разработка JMU позволяет гораздо точнее, чем раньше, фиксировать активность рибосом. Все белки и пептиды собираются на многочисленных рибосомах клетки. Во время вирусной инфекции рибосомы также синтезируют все белки, необходимые вирусу для размножения. Инструкции по сборке доставляются специальными молекулами-посредниками — мРНК.

Исследователи задались вопросами: какие белки и пептиды производятся на рибосомах клетки и в каких количествах? Как этот профиль меняется из-за стресса вирусной инфекции? Они ответили на эти вопросы с помощью современных методов высокопроизводительного секвенирования, использующих рибосомный профилинг (Ribo-seq). Эти методы визуализируют активность рибосом, так называемые процессы трансляции, в виде периодических паттернов.

«Раньше ряд источников ошибок часто препятствовал надёжному обнаружению событий трансляции при анализе данных Ribo-seq», — говорит Флориан Эрхард. Более того, по крайней мере у половины всех мРНК известным открытым рамкам считывания (ORF) предшествуют более короткие открытые рамки считывания (sORF). Их очень сложно точно определить в измеренных данных, однако они являются важным клеточным механизмом регуляции, особенно при стрессе.

Новая биоинформатическая процедура, названная PRICE, существенно улучшает идентификацию событий трансляции. «Наш метод способен с высокой точностью разрешать даже сложные случаи, например, перекрывающиеся ORF или необычные старт-кодоны. Это позволило нам впервые с высокой точностью определить все транслируемые области на уровне всего генома», — объясняет профессор Эрхард.

В результате команда JMU обнаружила различные новые клеточные и вирусные пептиды. Более того, исследователи наблюдали, что сотни sORF-пептидов эффективно презентируются на поверхности клетки молекулами MHC-I. «Таким образом, sORF кодируют новый класс антигенов, которые могут распознаваться нашей иммунной системой», — говорит Ларс Дёлькен. «Поэтому мы предполагаем, что sORF участвуют в иммунологических контрольных механизмах, особенно во время вирусных инфекций и стрессовых реакций». Все эти открытия открывают новые возможности для лучшего понимания влияния вирусных инфекций на организм.

Метод PRICE окажет наибольшее влияние на фундаментальные исследования. Ribo-seq — это метод, который применялся почти во всех областях биомедицинских исследований в последние годы. «PRICE теперь позволяет нам анализировать все существующие и будущие наборы данных гораздо глубже и с существенно улучшенной точностью», — говорит Дёлькен. Он считает, что выигрыш настолько велик, что оправдывает повторный анализ всех ранее опубликованных данных.

Чтобы сделать это возможным, учёные из Вюрцбурга предоставили свой инструмент анализа в виде программного обеспечения с открытым исходным кодом в интернете. Они предполагают, что их метод будет широко использоваться и станет международным стандартом для анализа экспериментов Ribo-seq. Они пишут: «Мы убеждены, что улучшенный анализ данных даст важные новые идеи во многих областях биомедицинских исследований».

В вирусологии новый метод может способствовать лучшему пониманию цитомегаловируса. Например, до сих пор неизвестно, почему инфекция этим патогеном вызывает серьёзные повреждения у некоторых нерождённых детей или реципиентов трансплантатов, в то время как у других вообще нет никаких эффектов.