צוות מחקר בראשות פרופסור נכבד ג'וזפה פזוטי במרכז ההנדסה הביו-רפואית, האוניברסיטה הרפואית של קנסאי (יו"ר: Toshio Yamashita; נשיא: Tatsuo Kinashi; יפן), הוכיח שניתן ללכוד הבדלים במבנים המולקולריים של RNA ויראלי כ"ברקודים של ראמאן", המאפשרים זיהוי וריאנטים של תת-CoV20 SARS. ממצאים אלו צפויים לתרום לפיתוח שיטה מהירה לזיהוי גרסאות ויראליות חדשות.
הממצאים פורסמו באינטרנט ב מדע מתקדם כתב עת ב-30 בספטמבר 2026.
רקע המחקר
הזיהוי והמעקב אחר גרסאות ויראליות הסתמכו באופן מסורתי על רצף RNA, המספק מידע מפורט על רצף הנוקלאוטידים של נגיף אך דורש הליכים ארוכים תוך שימוש במכשור מיוחד, עיבוד דגימות וניתוח חישובי.
עם זאת, RNA ויראלי הוא יותר מרצף פשוט של ארבעת הבסיסים הגנטיים. מולקולות RNA מתקפלות למבנים תלת מימדיים מורכבים באמצעות אינטראקציות בין נוקלאוטידים שכנים ובסיסים משלימים. מבנים משניים אלה יכולים להשפיע על האופן שבו RNA מתנהג מבחינה ביולוגית ויכולים להיות שונים גם כאשר הרכב הנוקלאוטידים הכולל נראה דומה להפליא. ספקטרוסקופיה של ראמאן מסוגלת לקרוא באופן מיידי מבנים כאלה.
לכן החוקרים שאלו שאלה בסיסית:
האם התנודות המולקולריות של RNA ויראלי יכולות לספק טביעת אצבע ייחודית של וריאנטים ויראליים שונים, גם כאשר ההרכב הגנטי המקובל שלהם נראה דומה מאוד?
ספקטרוסקופיה של ראמאן מציעה דרך ישירה לחקור תנודות מולקולריות. במקום לקרוא את רצף ה-RNA אות אחר אות, הוא לוכד טביעת אצבע רטט מולקולרית הנובעת מעמוד השדרה של ה-RNA, טבעות ריבוז, קישורי פוספט ובסיסים חנקן. המחקר מציג את הרעיון של קידוד טביעות אצבע אלה כברקודים של ראמאן, מה שמספק את הבסיס לתפיסה חדשה של "גנום ראמאן".
סקירה כללית של המחקר
גדילי נוקלאוטיד RNA חולצו מ-20 זני SARS-CoV-2, הכוללים את הבידוד היפני המקורי, אלפא, בטא, גמא, דלתא, למבדה, תטא, מו ו-12 תת-וריאנטים של Omicron.
ספקטרום ה-Raman של RNAs אלה נרכשו באופן שיטתי ופיטרו מתמטית כדי לזהות את המרכיבים המולקולריים הבודדים שלהם. למרות שכל הדגימות חלקו אותות אופייניים הקשורים לעמוד השדרה של ה-RNA, טבעות ריבופורנוז, קבוצות פוספט ובסיסים חנקן, הבדלים עדינים אך ניתנים לשחזור הופיעו בין הזנים.
חשוב לציין, ההבדלים הללו לא היו רק השתקפות של הבדלים בשפע היחסי של ארבעת בסיסי ה-RNA. הזנים שנחקרו הראו שברי בסיס דומים ביותר כשהם הוערכו מרצפי הגנום שלהם, אך ספקטרום הרמאן שלהם הציג חתימות מולקולריות שונות באופן ניכר.
לכן החוקרים קודדו את המאפיינים הספקטרליים האופייניים לברקודים של ראמאן. בניגוד לניתוח רכיבים עיקריים קונבנציונליים, שסיפקו הפרדה מוגבלת בלבד, גישת הברקוד של Raman הבחנה בהצלחה את כל 20 הזנים ותת-הווריאציות שנחקרו.
המקורות המולקולריים של הבדלים אלה נחקרו עוד על ידי קשר בין להקות ראמאן ספציפיות לתכונות של מבנה משני של RNA, כולל מבנה עמוד השדרה, מאפייני שרשרת נוקלאוטידים, דינמיקה של ריבופורנוזה, היווצרות סיכות ראש, אורך גזע וסביבות זיווג בסיסים.
תוצאות מחקר
המחקר מייצג צעד ראשון לקראת הגדרת "גנום ראמאן": טביעת אצבע ספקטרוסקופית המסוגלת לאפיין RNA ויראלי על פי הארכיטקטורה המולקולרית שלו ולא רק על פי רצף הנוקלאוטידים שלו.
ההתקדמות המדעית העיקרית היא:
1. אפליה מולקולרית מעבר להרכב הגנטי המקובל
המחקר מדגים ש-SARS-CoV-2 RNAs עם הרכבי נוקלאוטידים דומים להפליא יכולים בכל זאת להציג טביעות אצבעות שונות באופן מהותי. זה מצביע על כך שספקטרוסקופיה של ראמאן רגישה למידע מבני המקודד ב-RNA מעבר לשפע בסיסים פשוטים.
2. אפליה מוצלחת של 20 גרסאות SARS-CoV-2 ותת גרסאות
ברקודים של Raman סיפקו הבחנה ברורה בין כל 20 הזנים שנחקרו, כולל תת-וריאנטים מרובים של Omicron, בעוד שניתוח הרכיבים העיקריים (PCA) הראה יכולת הבחנה מוגבלת.
3. קישור אותות ראמאן למבנה משני של RNA
במקום להתייחס לספקטרום רמאן כטביעת אצבע סטטיסטית בלבד, המחקר מזהה סמנים מולקולריים הניתנים לפירוש פיזית הקשורים לתנודות ריבוז, קישורי פוספט, קונפורמציה של עמוד השדרה של RNA ותגובות היפרכרומיות או היפוכרומיות של בסיסים חנקניים המושפעים מסביבות זיווג וסביבות מבנה משני.
4. כלי חדש פוטנציאלי להקרנה מהירה של וריאנטים
מכיוון שהגישה מבוססת על ניתוח ראמאן של RNA מופק ולא על רצף RNA מלא, היא יכולה לספק בסופו של דבר אסטרטגיית סקר מהירה לגרסאות ויראליות מתעוררות. גישה כזו תהיה בעלת ערך במיוחד במצבי חירום וטיפול קריטי, שבהם השגת מידע מולקולרי במהירות יכולה להיות חיונית.
5. לקראת דור חדש של אבחון מולקולרי
הרעיון מרחיב את הספקטרוסקופיה של ראמאן מזיהוי כימי קונבנציונלי לכיוון אבחון בקנה מידה מולקולרי של מידע ביולוגי. התפתחויות עתידיות עשויות לשלב סמני ראמאן הניתנים לפירוש פיזית עם ניתוח ספקטרלי אוטומטי, חישובים תיאורטיים ובינה מלאכותית כדי ליצור מערכות חיזוי חזקות יותר ויותר.
משמעות לחברה
הממצאים יכולים לתרום לפיתוח גישות מהירות ונגישות יותר למעקב נגיפי ואבחון מולקולרי. מכיוון שניתוח ראמאן יכול לאפיין RNA ויראלי מבלי לבצע רצף RNA מלא, הוא עשוי לאפשר בסופו של דבר בדיקה מהירה של וריאנטים מתעוררים כאשר מידע בזמן חשוב במיוחד, כגון במהלך התפרצויות, מגיפות ומצבי חירום או טיפול קריטי.
באופן רחב יותר, תפיסת "גנום רמאן" עשויה לפתוח תחום חדש ברפואה מולקולרית ובמיקרוביולוגיה שבו המצב המבני של חומצות גרעין נחקר ישירות דרך טביעות האצבע המולקולריות שלהן. עם פיתוח טכנולוגי נוסף, אוטומציה ואינטגרציה עם בינה מלאכותית, טביעות אצבע מולקולריות מבוססות ראמאן יכולות להשלים את הרצף הקונבנציונלי ולספק שכבה נוספת ומהירה של מידע לזיהוי וניטור פתוגנים מתעוררים.
