Сейчас в рецензируемом научном журнальчике PeerJ у нас вышла статья по животрепещущей теме — как мутирует коронавирус, захвативший мир.
До этого чем разъяснять сущность статьи, напомню некие базисные вещи из курса молекулярной биологии (если вы владеете темой — перебегайте сходу к последующему абзацу). Итак, молекула ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) представляет собой двойную спираль. Любая из спиралей — это цепочка из четырёх типов нуклеотидов, обозначаемых знаками A,T,G,C. В двойной спирали А ставится напротив Т, а G напротив С. Это именуется принципом комплементарности, и он дозволяет молекуле ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) плодиться. Двойная спираль расплетается, и к каждой отдельной цепочке достраивается 2-ая по этому принципу. В итоге выходит две двойные спирали. Копирование ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) не совершенно: время от времени появляются случайные опечатки — мутации. Не считая того, с ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) по этому же принципу комплементарности считываются одноцепочечные молекулы РНК (Рибонуклеиновая кислота — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов), тоже состоящие из нуклеотидов. Нуклеотиды РНК (Рибонуклеиновая кислота — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов) обозначают знаками A,U,G,C. При синтезе РНК (Рибонуклеиновая кислота — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов) U ставится напротив А. Молекулы РНК (Рибонуклеиновая кислота — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов) употребляются для синтеза белков.
SARS-CoV-2 — вирус, наследный материал (геном) которого представлен положительной, другими словами применяемой для синтеза белков, цепочкой РНК (Рибонуклеиновая кислота — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов). ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) у вируса нет. Мы заинтересовались, как поменялся нрав мутагенеза SARS-CoV-2 опосля того, как он проскочил к людям. Для этого мы взяли около тыщи вполне прочитанных геномов SARS-CoV-2 и поглядели на этих данных относительные частоты неповторимых одиночных мутаций, когда один нуклеотид A,U,G либо C изменяется на иной. Так как речь идёт о разновидностях вируса человека, то все такие мутации произошли в ходе распространения вируса посреди людей.
Для сопоставления мы поглядели на одиночные нуклеотидные подмены меж SARS-CoV-2 и схожими вирусами летучих мышей. Биоинформатические способы разрешают реконструировать предковый геном вируса. Отличия от этого предкового генома представляют собой подмены, которые произошли до того, как вирус стал заражать людей. Подобные расчеты мы выполнили для 2-ух остальных коронавирусов, которые проскочили от звериных к людям: вируса атипичной пневмонии (SARS-CoV) и коронавируса HKU1.
Если поглядеть на относительное число нуклеотидных замен различного типа в ранешней эволюционной истории SARS-CoV-2 до инфецирования людей, трудно увидеть что-то особое. Частоты таковых замен похожи на подобные у SARS-CoV и HKU1. Это отлично согласуется с работами, указывающими на естественное происхождение вируса.
Но опосля перехода к человеку у SARS-CoV-2 происходит умопомрачительная вещь: приблизительно в 10 раз возрастает толика мутаций G в U. Причём такового эффекта не наблюдается для SARS-CoV либо HKU1. Поначалу мы задумывались, что это быть может ошибкой, но оказалось, что итог воспроизводится независимо от того, каким способом читались геномы, используем ли мы геномы из США (Соединённые Штаты Америки — государство в Северной Америке) либо Китая, надёжности мутационных данных и так дальше.
Что ещё наиболее умопомрачительно: мы не лицезреем симметричного роста числа комплементарных мутаций C в А. Как я уже гласил, геном SARS-CoV-2 представлен положительной цепочкой молекулы РНК (Рибонуклеиновая кислота — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов). Когда вирус заражает клеточку, положительная цепь употребляется для синтеза отрицательных цепей, которые в свою очередь употребляются для синтеза новейших положительных цепей, которые упаковываются в оболочки и передаются последующим клеточкам. Нуклеотидам A,U,G,C на положительной цепи соответствуют нуклеотиды U,A,C,G на отрицательной. Если б излишек мутаций G в U появлялся за счёт ошибок копирования РНК (Рибонуклеиновая кислота — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов), то такие ошибки, возможно, появлялись бы при копировании как положительных, так и отрицательных цепей. Мутации G в U на отрицательной цепи — это C в А на положительной. Но излишка таковых мутаций мы не лицезреем. Выходит, одна из цепей обязана мутировать избирательно.
Как такое может быть? В статье мы приводим одно вероятное разъяснение, аккуратненько отмечая его недоказанный, гипотетичный нрав. Мы знаем, что предок SARS-CoV-2 жил в летучих мышах, которые в процессе эволюции выработали массу молекулярных устройств, защищающих их клеточки от окислительного стресса. Считается, что это дозволяет летучим мышам без симптомов распространять массу вирусов, которые вызывали бы тяжёлые заболевания у остальных звериных.
Понятно, что окислительный стресс (неспецифическая (общая) реакция организма на воздействие (физическое или психологическое), нарушающее его гомеостаз) приводит к излишку мутаций G в Т в ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов), за счёт формирования 8-оксигуанинов. Это такие некорректные буковкы G. В норме в ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) напротив G ставится C, но напротив 8-оксигуанинов могут ставиться как C так и А. Потом напротив А ставится Т, а это и означает, что начальное G поменялось на Т. Есть работы, показывающие, что 8-оксигуанины могут аналогичным образом заносить ошибки при синтезе РНК (Рибонуклеиновая кислота — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов).
Сейчас представим, что на поздних шагах инфецирования клеток человека возникает как пик синтеза положительных цепей SARS-CoV-2, так и пик окислительного стресса, ведущего к высочайшему содержанию 8-оксигуанинов в РНК (Рибонуклеиновая кислота — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов). Конкретно положительные цепи, обогащенные 8-оксигуанином, передадутся последующим клеточкам. Отрицательные цепи, даже если они тоже обогатятся 8-оксигуанином, никуда не передадутся. Потому мы увидим лишь то, как на положительных цепях G заменяется на U. Но я снова повторю, что это лишь догадка. Не считая того нас поражает, что мы не лицезреем такового же эффекта в случае с вирусом атипичной пневмонии.
Сформулирую выводы коротко: мутагенез SARS-CoV-2 поменялся опосля инфецирования людей очень увлекательным методом — может быть, из-за того, что вирус оказался в новейшей себе среде. Никаких намёков на то, что в эволюцию вируса кто-то вмешивался искусственно, в данных по подменам мы не лицезреем.
[1] Panchin AY, Panchin YV. 2020. Excessive G—U transversions in novel allele variants in SARS-CoV-2 genomes. PeerJ 8:e9648 https://doi.org/10.7717/peerj.9648