Daugeliui rūpi klausimas, ar koronavirusas mutuoja, ar jis tampa pavojingesnis?
Tai gali atskleisti viruso genomo tyrimai. Vilniaus universiteto Gyvybės mokslų centro (VU GMC) mokslininkai kartu su partneriais šią savaitę baigė analizuoti 15 Lietuvoje cirkuliuojančių viruso izoliatų genomus ir pateikė juos tarptautinei duomenų bazei GISAID. Projekto iniciatorė VU GMC profesorė A. Žvirblienė, genetikė A. Gedvilaitė ir bioinformatikas A. Timinskas pasakoja, kaip mokslininkai atliko šį sudėtingą koronaviruso pilno genomo tyrimą.
Kodėl nusprendėte imtis viruso genomo tyrimų?
A. Žvirblienė: Labai svarbu analizuoti viruso pokyčius, sekti jo plitimo kelius. Daugelis šalių tokius tyrimus atlieka. Latvijoje pirmos koronaviruso izoliatų genomų sekos buvo paskelbtos jau balandžio mėnesį. Mes taip pat nuo pat pandemijos pradžios planavome šį darbą ir bandėme gauti jam finansavimą, rašėme projektus. Deja, mūsų pastangos atsimušė lyg į sieną, nepavyko gauti lėšų šiam projektui. Bet nenuleidome rankų. Esame dėkingi įmonei „Thermo Fisher Scientific Baltics“, kuri suprato šio tyrimo svarbą ir sutiko neatlygintinai atlikti viruso genomo sekoskaitą, o mūsų kolegos bioinfomatikai sudėliojo pilną genomą. Turbūt esame vieninteliai pasaulyje, kurie atlikome tokį sudėtingą darbą neturėdami jokio finansavimo.
Kokius viruso mėginius analizavote, iš kur jie buvo surinkti?
A. Žvirblienė: Viruso mėginius gavome iš VU Santaros klinikų Biobanko. Mėginiai buvo surinkti Vilniuje ir Vilniaus rajone gegužės pabaigoje, pandemijai jau įsibėgėjus. Esame dėkingi kolegoms iš Santaros klinikų už bendradarbiavimą. Tai jau ne pirmas mūsų bendras projektas, kurį pavyko sėkmingai įgyvendinti.
Kaip vykdoma viruso pilno genomo analizė? Koks tai procesas?
A. Gedvilaitė: Šiuolaikinės technologijos leidžia gana greitai nustatyti pilnas virusų genomų sekas, t.y. atlikti sekoskaitą. Kadangi tiriamuose mėginiuose paprastai būna labai mažai viruso RNR, pirmiausia būtina šią viruso genetinę medžiagą padauginti ir tik tada ruošti vadinamąsias viruso genų bibliotekas, kurių sekos yra nustatomos specialia įranga. Kokybiškos genų bibliotekos paruošimas yra labai svarbus etapas, šios metodikos nuolat tobulinamos. „Thermo Fisher Scientific Baltics“ tyrėjai viruso genomo sekoskaitai kaip tik ir panaudojo savo naujausias technologijas. Tikimės šias metodikas įsisavinti ir pritaikyti tolesniuose koronavirusų sekoskaitos darbuose, kuriuos atliksime jau GMC laboratorijose. Trumpai galima pasakyti, kad sėkmingai viruso genomo analizei reikia ne tik specialių reagentų ir prietaisų, bet ir įgudusių specialistų, suprantančių naujausias technologijas, o baigiamajame darbo etape – ir bioinformatikų, kurie išanalizavę gautus sekoskaitos duomenis gali sudėlioti pilnas virusų genomų sekas.
Koks tas koronaviruso genomas?
A. Timinskas: Koronaviruso genomą sudaro apie 30 tūkst. elementų – nukleotidų, sujungtų į vieną RNR seką. Palyginimui – žmogaus genome yra per 3 mlrd. nukleotidų, bakterijų genomuose – keli milijonai. Genome surašyta informacija apie viruso „charakterį“. Tikrieji virusai, kaip ir kompiuteriniai, nors ir maži, bet gali pridaryti daug žalos – nereikėtų nuvertinti jų dydžio.
Ar sunku išgauti informaciją apie koronaviruso genomo seką?
A. Timinskas: Tam naudojami specializuoti programiniai paketai, o vieno genomo surinkimas užtrunka nuo kelių valandų iki kelių dienų. Atlikus 15 virusų genomų sekoskaitą, gavome per 24 mln. genomo fragmentų, iš kurių ir turėjome sumontuoti informaciją apie genomus. Genomų surinkimo procesą gerokai paspartino galimybė pasinaudoti VU Gyvybės mokslų centre turima galinga skaičiavimo technika. Dabar jau esame įsidiegę reikalingas programas ir galėtume surinkti šimtus ar net tūkstančius genomų, jei to prireiktų Lietuvai.
Kodėl svarbu nustatyti viruso pilno genomo seką ir ką atskleidė šis tyrimas?
A. Timinskas: Analizuojant viruso genomus ir juose esančių mutacijų profilius galima sekti viruso plitimo kelius, nustatyti užsikrėtusiųjų sąsajas su infekcijos židiniais, netgi prognozuoti tam tikras rizikas. Lygindami naujai nustatytų 15 virusų genomus su daugiau nei 130 tūkstančių genomų sekų GISAID duomenų bazėje, pastebėjome, kad kai kurios Lietuvoje cirkuliuojančių virusų sekos yra unikalios – nuo artimiausių homologų jas skiria net 2 ar daugiau mutacijų. Nežiūrint tų skirtumų, tikėtina, kad 12 atvejų virusas buvo atvežtas iš Anglijos, vienu atveju – galimai iš Italijos, vienu atveju – iš Rusijos, o dar viename iš genomų radome unikalią mutaciją, galimai nurodančią šio viruso kilmę iš Okeanijos ar Filipinų. Iš ištirtųjų 15 virusų genomų 5 yra vienodi ir galimai priskirtini vienam ir tam pačiam židiniui Lietuvoje, o vienas virusas nuo pastarųjų 5 skiriasi tik viena mutacija, kuri galėjo įvykti jau šiame minėtame židinyje. Taigi, turint virusų genomus galima susekti jų plitimo kelius.
Kaip aktyviai vyksta koronavirusų genomų sekoskaita pasaulyje?
A. Timinskas: Labai aktyviai – šiuo metu GISAID duomenų bazėje jau sukaupta per 130 tūkst. koronavirusų genomų sekų. Prieš savaitę jų čia buvo tik apie 110 tūkst. Paminėtina, kad kaimynai latviai jau yra paskelbę net 135 genomų sekas, nors ten užsikrėtimų mastas ir mažesnis. Taigi, informacijos srautas auga, o tuo pačiu atsiranda galimybė prognozuoti pačias įvairiausias rizikas.