Određene promene u genetskom materijalu patogena mogu promeniti njihovu sposobnost da inficiraju ljudske ćelije ili ih bolje zaštite od odbrane imunološkog sistema. Istraživači su mogli da primete ovaj efekat posebno impresivno kod virusa SARS-CoV-2.
Tokom pandemije koronavirusa, interdisciplinarni tim u TVINCORE, Centru za eksperimentalna i klinička istraživanja infekcija u Hanoveru, Nemačka, istražio je interakciju između parova mutacija koje su mogle da izazovu nekoliko ovih promena u infektivnosti i bekstvu imuniteta.
Oni su sada objavili svoje nalaze u časopisu Biologija genoma.
Mutacije u genomu virusa ili bakterija se javljaju svaki put kada se genetski materijal replicira i retko imaju pozitivan efekat. Ako to urade, daju patogenu nove karakteristike. Jedan primer za to su „mutacije bekstva“, koje omogućavaju virusu da izbegne odbranu imunološkog sistema organizma domaćina. Druge mutacije mogu povećati infektivnost. Ako se nekoliko takvih mutacija dogodi istovremeno, njihov kombinovani efekat obično je samo zbir efekata pojedinačnih mutacija. Ali to nije uvek tačno.
„Ovaj fenomen kojim parovi mutacija deluju sinergistički naziva se epistatička interakcija“, kaže profesor Marko Galardini, šef istraživačke grupe RESIST „Sistems Biologi of Microbial Communities“ na Institutu za molekularnu bakteriologiju u TVINCORE. Bioinformatičar vodi projekat, koji takođe uključuje istraživače iz drugih odeljenja TVINCORE i Helmholtz centra za istraživanje infekcija u Braunšvajgu.
„U omikronskoj varijanti SARS-CoV-2 primećene su i mutacije bekstva i povećana infektivnost“, kaže Galardini. „Epistatička interakcija može omogućiti patogenima da steknu povoljna svojstva iako su pojedinačne mutacije štetne.“ Galardinijev tim je želeo da dođe do dna ovog neobičnog nalaza. Većinu bioinformatičkog posla obavio je Gabrijel Inocenti, gostujući istraživač u laboratoriji 2022. godine, a sada doktor nauka. student Medicinskog univerziteta u Beču.
Istraživači su imali koristi od činjenice da nijedan drugi patogen nema toliko podataka o sekvenci kao SARS-CoV-2 koronavirus.
„Uspeli smo da radimo sa 15 miliona sekvenci genoma koje su prikupljene širom sveta tokom pandemije“, kaže Galardini.
„Posebno smo bili zainteresovani za to koliko rano bi se ovaj efekat mogao otkriti ili da li se čak može predvideti na osnovu sekvenci genoma“, dodaje Inocenti. U svojim kompjuterskim simulacijama, naučnici su uspeli da pokažu predviđanje poznate epistatske interakcije sa samo sedam sekvenci genoma.
Istraživački tim je tada bio u mogućnosti da dokaže u laboratorijskim eksperimentima da virusi zaista ulaze u interakcije predviđene u modelu. Sarađivali su sa partnerima iz klastera izvrsnosti RESIST. „Virusi se ponašaju na potpuno isti način u zaraženim kulturama ćelija“, kaže dr Maureen Obara. student na Institutu za eksperimentalna istraživanja infekcija na TVINCORE. „Uspeli smo da potvrdimo simulacije Markovog tima našim eksperimentima.“
Galardini prvenstveno istražuje genetska svojstva bakterija, na primer kako salmonela postaje otporna na antibiotike. „Međutim, postoji samo milion nizova podataka za salmonelu, što je sigurno veoma veliki broj“, kaže on. „Ali ogroman broj sekvenci koronavirusa otvorio nam je potpuno novo polje istraživanja.
U budućnosti želi da svoj model primeni i na bakterije. Podaci o sekvenci iz klinike bi se zatim mogli analizirati kako bi se utvrdilo da li epistatske interakcije mogu doprineti da određeni antibiotici više ne deluju.
„Želimo da razvijemo sistem upozorenja za kliniku“, kaže Galardini. On takođe može da se osloni na ekspertizu drugih istraživačkih grupa u interdisciplinarnoj mreži RESIST.
