לנגיף ה-SARS-CoV-2 שגורם ל-COVID יש את היכולת המטרידה ליצור לעתים קרובות גרסאות של עצמו. וירוסים אחרים גם עוברים מוטציה, אך מכיוון ש-SARS-CoV-2 התפשט במהירות בכל האוכלוסייה האנושית במהלך המגיפה, והרג מיליונים, האבולוציה הדינמית של הנגיף יצרה בעיה רצינית: היא אתגרה שוב ושוב את התגובה החיסונית של גופנו במלחמה בנגיף והפריעה ל- תהליך הכנת חיסונים מעודכנים.
הבנת המנגנון הגנטי המזין את יכולתו של SARS-CoV-2 ליצור גרסאות יכולה לסייע רבות בשמירה על נגיף הקורונה. במחקר זה שפורסם ב מיקרוביולוגיה של הטבע, חוקרים ממכללת ביילור לרפואה ומוסדות משתפים פעולה פיתחו טכנולוגיה חדשה בשם tARC-seq שחשפה מנגנון גנטי המשפיע על התבדלות SARS-CoV-2 ואיפשרה לצוות לחשב את שיעור המוטציות של SARS-CoV-2. באמצעות tARC-seq, החוקרים תפסו גם מוטציות חדשות ב-SARS-CoV-2 בתאים נגועים במעבדה, שסיפרו תצפיות שהתגלו על ידי נתוני רצף נגיפי מגיפה ברחבי העולם. הממצאים יכולים להיות שימושיים לניטור אבולוציה ויראלית באוכלוסייה האנושית.
נגיף SARS-CoV-2 משתמש ב-RNA, במקום DNA, כדי לאחסן את המידע הגנטי שלו. המעבדה שלנו התעניינה מזה זמן רב בלימוד ביולוגיה של RNA, וכאשר ה-SARS-CoV-2 הופיע החלטנו לחקור את תהליך שכפול ה-RNA שלו, שבדרך כלל נוטה לשגיאות בנגיפים של RNA."
ד"ר כריסטוף הרמן, סופר מקביל ופרופסור, גנטיקה מולקולרית ואנושית, מכללת ביילור לרפואה
החוקרים רצו לעקוב אחר שגיאות שכפול RNA מכיוון שהן חיוניות להבנת האופן שבו הנגיף מתפתח, כיצד הוא משתנה ומסתגל עם התפשטותו באוכלוסיית האדם, אך לשיטות הנוכחיות אין את הדיוק לזהות מוטציות SARS-CoV-2 חדשות נדירות, במיוחד בדגימות עם מספר נמוך של וירוסים, כמו אלה של חולים.
"מכיוון שלדגימות של חולים יש מעט מאוד עותקי RNA של SARS-CoV-2, קשה להבחין בין השגיאות שנעשו ב-SARS-CoV-2 RNA-תלוי RNA פולימראז (RdRp), האנזים שיוצר עותקים של ה-RNA של הנגיף הזה, והשגיאות מהאנזימים האחרים המשמשים בניתוח הרצף", אמר הרמן, חבר במרכז הסרטן המקיף Dan L Duncan. "פיתחנו טכניקה שאנו מכנים רצף RNA Consensus ממוקד מדויק (tARC-seq), המאפשרת לנו למדוד שגיאות אמיתיות בעת העתקת RNA ספציפי הקיים בכמויות נמוכות מאוד."
נקודת מבט חדשה על המניעים של מגוון וריאציות SARS-CoV-2
במקור, המחשבה הייתה שמכיוון של-SARS-CoV-2 יש מנגנון פנימי לתקן את הטעויות ש-RdRp עושה, אז הנגיף לא אמור להתפתח או לעבור מוטציה מהר מאוד.
"רעיון זה עמד בניגוד לעובדה שבמהלך המגיפה הופיעו וריאנטים חדשים של COVID ברחבי העולם", אמר הרמן. "מאז שהמגיפה החלה, ראינו מספר גרסאות בולטות, כולל אלפא, בטא, דלתא ואומיקרון, כמו גם גרסאות בתוך הקבוצות הללו".
עם הכלי האנליטי המשופר בידם, הרמן ועמיתיו קבעו במדויק את תדירות המוטציות של SARS-CoV-2 וסוגי מוטציות, הן בתרביות תאים במעבדה והן בדגימות קליניות. "מצאנו ששיעור המוטציות היה גבוה מהצפוי במקור וזה עוזר להסביר את ההופעה התכופה של וריאנטים של COVID," אמר הרמן.
הם גם גילו שיש נקודות חמות ב-SARS-CoV-2 RNA, מיקומים שמועדים יותר למוטציה מאחרים. "לדוגמה, זיהינו נקודה חמה באזור ה-RNA המקבילה לחלבון הספייק, החלבון שמאפשר לנגיף לפלוש לתאים. כמו כן, RNA של חלבון הספייק מרכיב חיסונים רבים", אמר הרמן.
שיטת tARC-seq חשפה גם שיצירת הגרסאות החדשות כללה החלפת תבניות. "קבענו שכאשר RdRp מעתיק תבנית או רצף RNA אחד, הוא קופץ לתבנית אחרת בנגיף סמוך ואז ממשיך להעתיק את ה-RNA, כך שהעותק החדש של RNA שנוצר הוא תערובת של שתי תבניות ה-RNA", אמר הרמן. "החלפת תבניות זו תגרום להחדרות או מחיקות של רצף שיביאו לשונות ויראלית. ראינו גם מוטציות מורכבות. SARS-CoV-2 מנצל את שני המנגנונים הביולוגיים החזקים הללו, החלפת תבניות ומוטציות מורכבות, המאפשרות לה להתפתח במהירות, יצירת גרסאות כדי להסתגל ולהתמיד באוכלוסיות אנושיות."
"היה מעניין ומרגש לראות ש-tARC-seq אפשרה לנו ללכוד בתרביות תאים במעבדה את הופעתן של מוטציות חדשות המשחזרות את המוטציות שנצפו עם נתוני רצף מגיפות ברחבי העולם", אמר הרמן. "הטכנולוגיה החדשה שלנו לוכדת תמונת מצב של מוטציות חדשות בדגימות קליניות ממטופלים בודדים ויכולה להיות שימושית לניטור אבולוציה ויראלית באוכלוסיית האדם."
הסופרת הראשונה קתרין סי בראדלי, צ'ן וואנג, אלסדיר ג'י גורדון, אליס אקס וון, פמלה נ. לונה, מתיו ב' קוק, ברנדן פ. קוהרן, סקוט ר. קנדי, ואסנטי אבדהנולה, פדרו א. פידרה, אוליבייה ליכטרג', צ'אד א' שו ושאנון א' רונקה תורמים לעבודה זו. המחברים קשורים לאחד או יותר מהמוסדות הבאים: Baylor College of Medicine, University of Washington and Texas Children's Hospital.
המחקר נתמך על ידי מענקים של מכונים לאומיים לבריאות R01GM088653, 3R01AG061105-03S1, 1R21CA259780 ו-1R21HG011229, ועל ידי מענק הקרן הלאומית למדע DBI-2032904.
