اكتشاف آلية تؤثر على توليد متغيرات جديدة لفيروس كورونا

يتمتع فيروس SARS-CoV-2 الذي يسبب مرض كوفيد-19 بقدرة مقلقة على توليد متغيرات لنفسه في كثير من الأحيان.

وتتحور فيروسات أخرى أيالضًا، ولكن مع انتشار SARS-CoV-2 بسرعة بين جميع البشر أثناء الوباء، مما أسفر عن مقتل الملايين، شكل التطور الديناميكي للفيروس مشكلة خطيرة: فقد تحدى بشكل متكرر الاستجابة المناعية لأجسامنا وأعاق عملية الحصول على اللقاحات المحدثة جاهزة.

إن فهم الآلية الجينية التي تغذي قدرة SARS-CoV-2 على توليد متغيرات يمكن أن يقطع شوطا طويلا في إبقاء فيروس كورونا بعيدا.

في دراسة نشرت في مجلة Nature Microbiology، طور الباحثون في كلية بايلور للطب والمؤسسات المتعاونة تقنية جديدة تسمى tARC-seq والتي كشفت عن آلية وراثية تؤثر على انحراف SARS-CoV-2 ومكنت الفريق من حساب معدل طفرة SARS-CoV-2.

طفرات جديدة في SARS-CoV-2

باستخدام tARC-seq، التقط الباحثون أيضًا طفرات جديدة في SARS-CoV-2 في الخلايا المصابة في المختبر والتي لخصت الملاحظات التي كشفت عنها بيانات التسلسل الفيروسي الوبائي في جميع أنحاء العالم. يمكن أن تكون النتائج مفيدة لرصد التطور الفيروسي بين البشر.

وقال المؤلف المقابل الدكتور كريستوف هيرمان، أستاذ علم الوراثة الجزيئية والبشرية وعلم الفيروسات الجزيئية وعلم الأحياء الدقيقة في جامعة بايلور: "يستخدم فيروس SARS-CoV-2 الحمض النووي الريبي (RNA)، بدلًا من الحمض النووي (DNA)، لتخزين معلوماته الجينية، لقد كان مختبرنا مهتمًا منذ فترة طويلة بدراسة بيولوجيا الحمض النووي الريبي (RNA)، وعندما ظهر SARS-CoV-2 قررنا التحقيق في عملية تكرار الحمض النووي الريبي (RNA)".

وأضاف: "إنها عادة ما تكون عرضة للخطأ في فيروسات الحمض النووي الريبوزي".

وأراد الباحثون متابعة أخطاء تكرار الحمض النووي الريبوزي (RNA) لأنها ضرورية لفهم كيفية تطور الفيروس، وكيف يتغير ويتكيف مع انتشاره بين البشر، لكن الأساليب الحالية تفتقر إلى الدقة لاكتشاف طفرات SARS-CoV-2 الجديدة النادرة، خاصة في العينات التي تحتوي على عدد قليل من الفيروسات، مثل تلك المأخوذة من المرضى.

وقال هيرمان: "نظرًا لأن العينات المأخوذة من المرضى تحتوي على عدد قليل جدًا من نسخ الحمض النووي الريبي (RNA) لـ SARS-CoV-2، فمن الصعب التمييز بين الأخطاء التي يرتكبها بوليميريز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي (RdRp) لـ SARS-CoV-2، وهو الإنزيم الذي يقوم بنسخ الحمض النووي الريبوزي (RNA) لهذا الفيروس".

وأضاف: "لقد قمنا بتطوير تقنية نطلق عليها اسم تسلسل إجماع الحمض النووي الريبي (RNA) الدقيق والمستهدف (tARC-seq)، والذي يسمح لنا بقياس الأخطاء الحقيقية عند نسخ الحمض النووي الريبي (RNA) المحدد الموجود بكميات منخفضة جدًا".

منظور جديد لمحركات تنوع متغيرات SARS-CoV-2

في الأصل، كان يُعتقد أنه نظرًا لأن SARS-CoV-2 لديه آلية داخلية لإصلاح الأخطاء التي يرتكبها RdRp، فلا ينبغي للفيروس أن يتطور أو يتحور بسرعة كبيرة.

وقال هيرمان: "تتناقض هذه الفكرة مع حقيقة أنه خلال الوباء ظهرت متغيرات جديدة لفيروس كورونا في كثير من الأحيان في جميع أنحاء العالم". "منذ أن بدأ الوباء، رأينا عددًا من المتغيرات البارزة، بما في ذلك ألفا وبيتا ودلتا وأوميكرون، بالإضافة إلى المتغيرات داخل هذه المجموعات".

باستخدام أداتهم التحليلية المحسنة، حدد هيرمان وزملاؤه بدقة تردد طفرة SARS-CoV-2 وأنواع الطفرات، سواء في مزارع الخلايا في المختبر أو العينات السريرية. وقال هيرمان: "لقد وجدنا أن معدل الطفرة كان أعلى مما كان متوقعا في الأصل، وهذا يساعد في تفسير الظهور المتكرر لمتغيرات فيروس كورونا".

واكتشفوا أيضًا أن هناك نقاطًا ساخنة في الحمض النووي الريبوزي SARS-CoV-2، وهي مواقع أكثر عرضة للطفرة من غيرها.

وقال هيرمان: "على سبيل المثال، حددنا نقطة ساخنة في منطقة الحمض النووي الريبوزي (RNA) المقابلة لبروتين سبايك، وهو البروتين الذي يسمح للفيروس بغزو الخلايا. كما أن الحمض النووي الريبي (RNA) للبروتين الشوكي يشكل العديد من اللقاحات".

كشفت طريقة tARC-seq أيضًا أن توليد المتغيرات الجديدة يتضمن تبديل القالب. وقال هيرمان: "لقد قررنا أنه عندما يقوم RdRp بنسخ قالب أو تسلسل RNA واحد، فإنه ينتقل إلى قالب آخر على فيروس قريب ثم يستمر في نسخ RNA، وبالتالي فإن نسخة RNA الجديدة الناتجة هي مزيج من كلا قالبي RNA".

وأضاف هيرمان: "سيؤدي تبديل القالب هذا إلى عمليات إدراج أو حذف تسلسل تؤدي إلى تباين فيروسي. لاحظنا أيضًا طفرات معقدة. يستفيد SARS-CoV-2 من هاتين الآليتين البيولوجيتين القويتين، تبديل القالب والطفرات المعقدة، التي تسمح له بالتطور بسرعة. توليد متغيرات للتكيف مع التجمعات البشرية والمثابرة فيها."

وأوضح: "كان من المثير للاهتمام والمثير أن نرى أن tARC-seq سمح لنا بالتقاط ظهور طفرات جديدة في مزارع الخلايا المختبرية تلخص الطفرات التي لوحظت في بيانات تسلسل الجائحة في جميع أنحاء العالم".

وتابع: "تلتقط تقنيتنا الجديدة لمحة سريعة عن الطفرات الجديدة في العينات السريرية من المرضى الأفراد ويمكن أن تكون مفيدة في مراقبة التطور الفيروسي بين البشر".