Naučnici sa Univetziteta u Sankt Peterburgu stvorili novi metod za dekodiranje virusnih genoma

Naučnici sa Univerziteta u Sankt Peterburgu, alma mater ruskog predsednika Vladimira Putina, nastavljaju naučnu bitku sa koronavirusom, te razvijaju nove alate koji će pomoći da se razoruža ne samo Covid-19, nego i njegovi srodnici. Dakle, bioinformatički Centar za algoritamsku biotehnologiju Državnog univerziteta Sankt Peterburg, zajedno sa kolegama sa Kalifornijskog univerziteta u San Dijegu, predstavio je asembler metaviralSPAdes - novi metod koji omogućuje da se pronađe i sastavi genom virusa među mnogim drugim nizovima.

Razvoj će pomoći bržem i praktičnijem dešifrovanju genoma patogena, što znači da će omogućiti brzi početak razvoja testnih sistema i vakcina protiv opasnih infekcija. Naučni članak objavljen je u časopisu Bioinformatics.

Kada se čovečanstvo suoči sa novim virusom, biolozi pre svega trebaju da dešifruju njegov genom, što je neophodno kao uslov za dalju dijagnozu bolesti i razvoj vakcine. Međutim, ako je potrebno sekvenciranje tokom izbijanja novog patogena, pojavljuje se problem. Na primer, pljuvačka pacijenta sa Covid-19, koja je korišćena za prvo dekodiranje koronavirusa SARS-CoV-2, sadrži genome mnogih drugih, u većini slučajeva, bezopasnih virusa. Da ne spominjemo stotine bakterija koje žive u ljudskim ustima i otežavaju pretragu virusnih nizova.

Ovaj primer pokazuje koliko je važno biti u stanju rešiti mnogo složeniji računski problem od dešifrovanja jednog jedinog genoma - prikupljanje metagenoma, skupova stotina različitih genoma mikroorganizama koji žive u istom okruženju. Teškoća leži u činjenici da kao rezultat takvog rada možete dobiti hiljade sekvenci, među kojima će biti fragmenata genetskog koda i virusa i bakterija, a koji se podaci odnose na željeni patogen, vrlo je teško razumeti.

Pored toga, naučnici će neminovno imati i drugi zadatak - sekvenciranje metaviroma - čija je suština da se tačno identifikuju virusne sekvence skrivene među mnogo dužim fragmentima bakterija. Tada će bioinformatika bukvalno postepeno prikupiti kompletni genom virusa, koji je postao krivac epidemije.

Donedavno, istraživači nisu imali posebnu metodu koja bi omogućila prikupljanje virusnih metagenoma. Međutim, grupa ruskih i američkih naučnika sa Državnog univerziteta u Sankt Peterburgu i Kalifornijskog univerziteta u San Dijegu razvila je MetaviralSPAdes analizu rezultata sekvenciranja metaviroma što ju je pretvarilo u jednostavan zadatak. Biolozi i dalje ne mogu čitati čitav genom na isti način kao što čitamo knjigu, od početka do kraja. Umesto toga, oni čitaju male fragmente, tako da sklapanje genoma nije mnogo drugačije od sastavljanja zagonetke od milion fragmenata. Često se ovaj zadatak smatra jednim od najkompleksnijih algoritamskih problema u bioinformatici. Pa tako, on se može rešiti na primer, najčešće korišćeni genski filter SPAdes (Sankt Peterburg asembler), koji je takođe stvorio rusko-američki tim naučnika, danas se koristi u gotovo 9.000 studija. Pomoću njega naučnici su analizirali patogene koji su prouzrokovali epidemiju respiratornog sindroma na Bliskom istoku (MERS) u Saudijskoj Arabiji, ebolu u Kongu, gonoreju u Engleskoj, meningitis u Gani, denga groznicu na Sumatri i desetine drugih epidemija, koje su se pojavile u poslednjih osam godina od nastanka SPAdes-a.

Ne treba zaboraviti da je sastavljanje metagenoma iz 1000 genoma mnogo složenije od sastavljanja sekvence jednog genoma. U ovom slučaju morate da radite sa 1000 zasebnih zagonetki umesto jedne - potrebno je da sakupite „sliku“, čiji su fragmenti pomešani sa milijardama komada iz drugih slagalica. Da bi rešio ovaj problem, pre tri godine, rusko-američki tim naučnika razvio je SPAdes metodu koja je, zauzvrat, postala vodeći metagenomski alat. Pomoću nje, vađenje virusnih nizova iz ogromne količine podataka postalo je lakše. Međutim, prikupljanje sa metaviralSPAdes-om nove generacije može ne samo da pronađe fragmente virusnih genoma, već i da iz njih sastavi gotovu slagalicu - genom patogena.

Pandemija Covid-19 bila je poziv na uzbunu biolozima koji proučavaju prenos virusa sa životinje na čoveka i podsetila koliko je važno proučavanje različitih domaćina virusa, poput slepih miševa, koji imaju neviđen imuni sistem koji im omogućava da koegzistiraju sa mnogim patogenima, a koji mogu ubiti ljude. Moramo saznati od čega su slepi miševi bolovali pre, a ne posle pandemijskog naleta.

Naravno, popis virusnih genoma raznih životinja predstavlja složen računski problem. Međutim, s metaviralSPAdes-om, biolozi sada mogu mnogo lakše rekonstruisati virusne genome slepih miševa ili bilo koji drugi potencijalni izvor budućih pandemija.