一項(xiàng)研究表明，一種新的測(cè)序技術(shù)，tARC-seq，可以準(zhǔn)確地跟蹤突變SARS-CoV-2，提供了對(duì)快速進(jìn)化和變異發(fā)展的見(jiàn)解病毒．

導(dǎo)致COVID的SARS-CoV-2病毒具有令人不安的能力，經(jīng)常產(chǎn)生自身變異。其他病毒也會(huì)發(fā)生變異，但隨著SARS-CoV-2在大流行期間迅速在整個(gè)人群中傳播，導(dǎo)致數(shù)百萬(wàn)人死亡，這種病毒的動(dòng)態(tài)進(jìn)化帶來(lái)了一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題:它一再挑戰(zhàn)我們身體對(duì)抗病毒的免疫反應(yīng)，阻礙了準(zhǔn)備更新疫苗的過(guò)程。

了解促進(jìn)SARS-CoV-2產(chǎn)生變異能力的遺傳機(jī)制，可以在很大程度上阻止COVID。在今天(4月22日)發(fā)表在《Nature Microbiology》上的這項(xiàng)研究中，貝勒醫(yī)學(xué)院和合作機(jī)構(gòu)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種名為tARC-seq的新技術(shù)，該技術(shù)揭示了影響SARS-CoV-2分化的遺傳機(jī)制，并使研究小組能夠計(jì)算SARS-CoV-2的突變率。利用tARC-seq，研究人員還在實(shí)驗(yàn)室中捕獲了感染細(xì)胞中SARS-CoV-2的新突變，這些突變概括了全球大流行病毒測(cè)序數(shù)據(jù)所揭示的觀察結(jié)果。這一發(fā)現(xiàn)可用于監(jiān)測(cè)病毒在人群中的進(jìn)化。

RNA復(fù)制分析研究進(jìn)展

“SARS-CoV-2病毒使用RNA而不是DNA來(lái)存儲(chǔ)其遺傳信息。我們的實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期以來(lái)一直對(duì)研究RNA生物學(xué)感興趣，當(dāng)SARS-CoV-2出現(xiàn)時(shí)，我們決定研究它的RNA復(fù)制過(guò)程，這在RNA病毒中通常是容易出錯(cuò)的，”貝勒大學(xué)分子和人類遺傳學(xué)、分子病毒學(xué)和微生物學(xué)教授、通訊作者Christophe Herman博士說(shuō)。

研究人員希望跟蹤RNA復(fù)制錯(cuò)誤，因?yàn)樗鼈儗?duì)于了解病毒如何進(jìn)化、在人群中傳播時(shí)如何變化和適應(yīng)至關(guān)重要，但目前的方法缺乏檢測(cè)罕見(jiàn)的新SARS-CoV-2突變的精度，特別是在病毒數(shù)量較少的樣本中，例如來(lái)自患者的樣本。

Dan L Duncan綜合癌癥中心的成員Herman說(shuō):“由于來(lái)自患者樣本的SARS-CoV-2 RNA拷貝非常少，因此很難區(qū)分SARS-CoV-2 RNA依賴性RNA聚合酶(RdRp)產(chǎn)生的錯(cuò)誤和序列分析中使用的其他酶產(chǎn)生的錯(cuò)誤。我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種技術(shù)，我們稱之為靶向準(zhǔn)確RNA一致性測(cè)序(tARC-seq)，它允許我們?cè)趶?fù)制非常少量的特定RNA時(shí)測(cè)量真正的錯(cuò)誤。”

對(duì)變體形成的見(jiàn)解

最初的想法是，因?yàn)镾ARS-CoV-2有一種內(nèi)部機(jī)制來(lái)修復(fù)RdRp所犯的錯(cuò)誤，所以病毒不應(yīng)該很快進(jìn)化或突變。

Herman說(shuō):“這一想法與在大流行期間世界各地經(jīng)常出現(xiàn)新的COVID變體的事實(shí)形成鮮明對(duì)比。自大流行開(kāi)始以來(lái)，我們已經(jīng)看到了一些突出的變體，包括Alpha、Beta、Delta和Omicron，以及這些群體中的變體。”

有了改進(jìn)的分析工具，Herman和他的同事們?cè)趯?shí)驗(yàn)室和臨床樣本的細(xì)胞培養(yǎng)中準(zhǔn)確地確定了SARS-CoV-2的突變頻率和突變類型。Herman說(shuō):“我們發(fā)現(xiàn)突變率高于最初的預(yù)期，這有助于解釋COVID變異的頻繁出現(xiàn)。”

他們還發(fā)現(xiàn)，SARS-CoV-2 RNA中存在熱點(diǎn)，這些熱點(diǎn)比其他熱點(diǎn)更容易發(fā)生突變。“例如，我們?cè)谂c刺突蛋白相對(duì)應(yīng)的RNA區(qū)域發(fā)現(xiàn)了一個(gè)熱點(diǎn)，刺突蛋白允許病毒入侵細(xì)胞。此外，刺突蛋白的RNA構(gòu)成了許多疫苗，”Herman說(shuō)。

tARC-seq方法還揭示了新變體的產(chǎn)生涉及模板切換。Herman說(shuō):“我們確定，當(dāng)RdRp復(fù)制一個(gè)RNA模板或序列時(shí)，它會(huì)跳到附近病毒的另一個(gè)模板上，然后繼續(xù)復(fù)制RNA，因此產(chǎn)生的新RNA副本是兩種RNA模板的混合物。這種模板切換將導(dǎo)致序列插入或刪除，從而帶來(lái)病毒變異性。我們還觀察到復(fù)雜的突變。SARS-CoV-2利用了這兩種強(qiáng)大的生物機(jī)制，即模板切換和復(fù)雜的突變，使其能夠快速進(jìn)化，產(chǎn)生適應(yīng)和堅(jiān)持人類群體的變體。看到tARC-seq使我們能夠在實(shí)驗(yàn)室細(xì)胞培養(yǎng)中捕捉到新突變的出現(xiàn)，這些突變概括了在全球大流行測(cè)序數(shù)據(jù)中觀察到的突變，這是有趣和令人興奮的。我們的新技術(shù)捕獲了個(gè)體患者臨床樣本中新突變的快照，可用于監(jiān)測(cè)人群中的病毒進(jìn)化。”

參考文獻(xiàn):“Targeted Accurate RNA Consensus sequencing (tARC-seq) reveals mechanisms of replication error affecting SARS-CoV-2 divergence” 22 April 2024, Nature Microbiology.