Заражение цитомегаловирусом обычно безвредно для взрослых. Однако во время беременности вирус может передаваться нерожденному ребенку и вызывать пороки развития. Как только вирусы вторгаются в клетку человека, они начинают производить большое количество вирусных белков. Сюда входит более 500 различных белков и пептидов, в том числе 200 ранее неизвестных науке.
Это открытие стало возможным благодаря новому методу биоинформатического анализа, разработанному на кафедре вирусологии Вюрцбургского университета Юлиуса-Максимилиана (JMU) в Баварии, Германия. Команда профессора Ларса Дёлькена и профессора Флориана Эрхарда опубликовала свой метод в журнале Nature Methods. Новый метод актуален для медицинских приложений, поскольку знание репертуара вирусных белков, используемых, например, для уклонения от иммунной системы, имеет решающее значение для борьбы с инфекциями или разработки вакцин..
Рибосомное профилирование анализируется более надежно
Что делает разработку JMU лучше предыдущего метода? Это позволяет фиксировать активность рибосом намного точнее, чем раньше. Все белки и пептиды собираются на многочисленных рибосомах клетки. Во время вирусной инфекции рибосомы также синтезируют все белки, необходимые вирусу для размножения. Инструкции по сборке доставляются специальными молекулами-мессенджерами, мРНК.
Какие белки и пептиды образуются на рибосомах клетки и в каком количестве? Как этот профиль меняется из-за стресса вирусной инфекции? На эти вопросы можно ответить с помощью современных высокопроизводительных методов секвенирования, использующих рибосомное профилирование (Ribo-seq). Они визуализируют активность рибосом, так называемые процессы трансляции, в виде периодических паттернов.
«Ранее ряд источников ошибок часто мешал надежному обнаружению событий трансляции при анализе данных Ribo-seq», - говорит Флориан Эрхард. Более того, по крайней мере в половине всех мРНК более короткие открытые рамки считывания (кОРС) предшествуют известным открытым рамкам считывания (ОРС). Их очень трудно определить по измеренным данным, однако они являются важным механизмом клеточной регуляции, особенно в условиях стресса.
Обнаружено много новых клеточных и вирусных пептидов
Новая процедура биоинформатики под названием PRICE существенно улучшает идентификацию событий трансляции. «Наш метод способен с высокой точностью разрешать даже сложные случаи, например, перекрывающиеся ORF или необычные стартовые кодоны. Это позволило нам впервые с высокой точностью определить все транслируемые области по всему геному», - объясняет профессор Эрхард.
В результате команда JMU обнаружила различные новые клеточные и вирусные пептиды. Более того, исследователи заметили, что сотни пептидов sORF эффективно представлены на клеточной поверхности молекулами MHC-I.
Таким образом, "кОРС кодируют новый класс антигенов, которые могут быть распознаны нашей иммунной системой", - говорит Ларс Дёлькен. «Поэтому мы предполагаем, что sORF участвуют в механизмах иммунологического контроля, особенно во время вирусных инфекций и стрессовых реакций». Все эти открытия открывают новые возможности для лучшего понимания воздействия вирусных инфекций на организм.
Наборы данных Ribo-seq должны быть повторно проанализированы
Метод PRICE окажет сильнейшее влияние на фундаментальные исследования. Ribo-seq - это метод, который в последние годы применялся почти во всех областях биомедицинских исследований. «Теперь PRICE позволяет нам анализировать все существующие и будущие наборы данных гораздо глубже и с гораздо большей точностью», - говорит Дёлькен. Он считает, что выигрыш настолько велик, что оправдывает повторный анализ всех ранее опубликованных данных.
Чтобы сделать это возможным, ученые из Вюрцбурга предоставляют свой инструмент анализа в виде программного обеспечения с открытым исходным кодом в Интернете. Они предполагают, что их метод будет широко использоваться и станет международным стандартом для анализа экспериментов Ribo-seq.
Новые идеи помогут фармацевтическим исследованиям
Исследователи пришли к следующему выводу: «Мы убеждены, что расширенный анализ данных позволит получить важные новые сведения во многих областях биомедицинских исследований». В вирусологии новый метод может способствовать лучшему пониманию цитомегаловируса. Например, до сих пор неизвестно, почему заражение патогеном вызывает серьезные повреждения у некоторых нерожденных детей или реципиентов трансплантата, в то время как у других вообще не проявляется никакого эффекта.