В первые месяцы пандемии COVID-19 медицинские работники, анализирующие результаты тестов, начали замечать нечто странное: пациенты, которые уже выздоровели от COVID-19, иногда необъяснимо давали положительный результат теста ПЦР через несколько недель или даже месяцев, пишет medicalxpress.com.
Хотя люди могут заразиться COVID-19 во второй раз, это не относится к этим пациентам; из их образцов не было выделено живых вирусов, и некоторые исследования обнаружили эти ложноположительные результаты даже во время содержания участников в карантине. Кроме того, РНК, как правило, имеют короткую жизнь - большинство из них остается только в течение нескольких минут, поэтому маловероятно, что положительные тесты будут результатом остаточных РНК.
Теперь новая работа лаборатории члена Института Уайтхеда и профессора биологии Массачусетского технологического института Рудольфа Яениша может дать ответ на вопрос, почему у некоторых пациентов по-прежнему остаются положительные результаты после выздоровления от COVID-19. В статье, опубликованной 6 мая в Proceedings of the National Academy of Sciences , Jaenisch и соавторы показывают, что генетические последовательности из РНК-вируса SARS-CoV-2 могут интегрироваться в геном клетки-хозяина посредством процесса, называемого обратной транскрипцией. Эти участки генома затем могут быть «считаны» в РНК, которые потенциально могут быть обнаружены с помощью ПЦР-теста.
SARS-CoV-2 - не единственный вирус, который интегрируется в геном человека. Около восьми процентов нашей ДНК состоит из остатков древних вирусов. Некоторые вирусы, называемые ретровирусами, для репликации полагаются на интеграцию в ДНК человека. «SARS-CoV-2 не является ретровирусом, а это означает, что ему не нужна обратная транскрипция для его репликации», - говорит постдок и первый автор Института Уайтхеда Лигуо Чжан. «Однако неретровирусные последовательности РНК-вируса были обнаружены в геномах многих видов позвоночных, включая человека».
Имея это в виду, Чжан и Джениш начали разрабатывать эксперименты, чтобы проверить, может ли эта вирусная интеграция происходить с новым коронавирусом. С помощью постдока лаборатории Джениша Алексии Ричардс исследователи заразили человеческие клетки коронавирусом в лаборатории, а затем через два дня секвенировали ДНК инфицированных клеток, чтобы увидеть, содержит ли она следы генетического материала вируса.
Чтобы убедиться, что их результаты могут быть подтверждены с помощью другой методологии, они использовали три разных метода секвенирования ДНК. Во всех образцах они обнаружили фрагменты вирусного генетического материала (хотя исследователи подчеркивают, что ни одного из вставленных фрагментов было недостаточно для воссоздания живого вируса).
Затем Чжан, Джениш и его коллеги исследовали ДНК, фланкирующую небольшие вирусные последовательности, чтобы понять механизм, с помощью которого они туда попали. В этих окружающих последовательностях исследователи обнаружили отличительный признак генетической особенности, называемой ретротранспозоном.
Транспозоны, иногда называемые «прыгающими генами», представляют собой участки ДНК, которые могут перемещаться из одной области генома в другую. Они часто активируются, чтобы «прыгать» в условиях сильного стресса, рака или старения, и являются мощными агентами генетических изменений.
Один из распространенных транспозонов в геноме человека называется ретротранспозоном LINE1, который состоит из мощной комбинации механизма разрезания ДНК и обратной транскриптазы, фермента, который создает молекулы ДНК из матрицы РНК (например, РНК SARS-CoV-2). ).
«У интеграции LINE1 очень четкий след», - говорит Яениш. «На стыке вирусной последовательности с клеточной ДНК происходит дупликация 20 пар оснований».
Помимо дупликации, еще одним признаком, свидетельствующим о LINE1-опосредованной интеграции, является последовательность узнавания эндонуклеазы LINE1. Исследователи определили эти особенности почти в 70 процентах ДНК, содержащих вирусные последовательности, но не во всех, предполагая, что вирусная РНК может интегрироваться в клеточную ДНК через несколько механизмов.
Чтобы проверить вирусную интеграцию за пределами лаборатории, исследователи проанализировали опубликованные наборы данных транскриптов РНК из разных типов образцов, включая образцы пациентов с COVID-19. С помощью этих наборов данных Чжан и Джениш смогли вычислить долю генов, которые были транскрибированы в клетках этих пациентов и содержали вирусные последовательности, которые могли быть получены из интегрированных вирусных копий. Процент варьировался от образца к образцу, но для некоторых относительно большая часть вирусных транскриптов, по-видимому, была транскрибирована из вирусного генетического материала, интегрированного в геном.
Предыдущий черновик статьи с этим выводом был опубликован в Интернете на сервере препринтов bioRxiv. Однако недавние исследования показали, что по крайней мере некоторые из вирусно-клеточных считываний могут быть результатом вводящих в заблуждение артефактов метода секвенирования РНК. В данной статье исследователи смогли устранить эти артефакты, которые могли затруднить понимание результатов.
Вместо того, чтобы просто подсчитывать транскрипты, содержащие вирусный материал, исследователи смотрели, в каком направлении были прочитаны транскрипты. Если вирусные считывания были результатом живых вирусов или существующих вирусных РНК в клетке, исследователи ожидали бы, что большинство вирусных транскриптов были бы считаны в правильной ориентации для рассматриваемых последовательностей; в остро инфицированных клетках в культуре более 99 процентов имеют правильную ориентацию. Однако если бы транскрипты были продуктом случайной интеграции вируса в геном, то произошло бы разделение примерно 50 на 50 - половина транскриптов была бы прочитана вперед, другая половина - назад, относительно генов хозяина. «Это то, что мы видели в образцах некоторых пациентов», - говорит Чжан. "Это предполагает, что большая часть вирусной РНК в некоторых образцах может быть транскрибирована из интегрированных последовательностей».
Поскольку набор данных, который они использовали, был довольно небольшим, Яениш подчеркивает, что необходимо больше информации, чтобы точно установить, насколько распространено это явление в реальной жизни и что оно может означать для здоровья человека.
Возможно, что лишь очень немногие клетки человека вообще подвергаются какой-либо вирусной интеграции. В случае другого РНК-вируса, который интегрируется в геном клетки-хозяина, только часть процента инфицированных клеток (между 0,001 и 0,01) содержала интегрированную вирусную ДНК. Частота интеграции SARS-CoV-2 у людей до сих пор неизвестна. «Доля клеток, которые интегрируются, может быть очень маленькой», - говорит Яениш. «Но даже если это случается редко, более 140 миллионов человек уже инфицированы, не так ли?»
В будущем Джениш и Чжан планируют исследовать, могут ли фрагменты генетического материала SARS-CoV-2 превращаться в белки клеткой. «Если они это сделают и вызовут иммунный ответ, это может обеспечить постоянную защиту от вируса», - говорит Чжан.
Они также надеются выяснить, могут ли эти интегрированные участки ДНК частично быть виноваты в некоторых долгосрочных аутоиммунных последствиях, с которыми сталкиваются некоторые пациенты с COVID-19. «На данный момент мы можем только предполагать», - говорит Яениш. «Но мы действительно думаем, что можем объяснить, почему некоторые пациенты имеют долгосрочный положительный результат ПЦР».
