Скрининг открытых рамок считывания вирусов позволяет безопасно изучать патогены

Вирусные патогены человека вызывают различные инфекции, от острых до хронических и скрытых, и могут нести угрозу пандемий. Виром человека — совокупность присутствующих в организме вирусов — охватывает 26 семейств вирусов, и представители 20 из них патогенны. Отдельный интерес представляют зоонозные вирусы — среди них также встречаются патогены человека, а общее разнообразие вирусов животных велико, и некоторые из них могут эволюционировать и приобрести способность заражать людей. При этом вирусологические исследования, как правило, ограничиваются приоритетными или модельными патогенами. Из-за этого многие вирусы человека, в том числе потенциально опасные, остаются неизученными. Ученые из США разработали подход для масштабного и безопасного изучения вирусных белков, характерных для патогенов человека. 

Исследователи собрали библиотеку открытых рамок считывания (ОРС или ORF) вирусов, которая отображает разнообразие виромов человека и животных — она получила название ORFeome (или, если приводить название этого «-ома» к русскоязычной аббревиатуре, ОРСеом). В нее включили последовательности отдельных белков или полипротеинов 513 вирусов человека или близкородственных видов, заражающих животных. Коллекцию дополнили штаммами вирусов с высоким разнообразием антигенов (например, вирус гриппа А) и цитомегаловирусом человека. 

Авторы синтезировали генетические конструкции, кодирующие в общей сложности 11 821 вирусных ОРС и 777 невирусных. Каждый фрагмент пометили уникальным баркодом и удаляемым стоп-кодоном, а затем клонировали в вектор для использования в генетических скринингах.

Первый скрининг, в котором применили ОРСеом, был направлен на поиск регуляторов пролиферации. Известно, что вирусные белки вмешиваются в клеточные функции, чтобы создать оптимальную среду для размножения самого вируса, и в том числе могут влиять на пролиферацию клеток. Ученые экспрессировали вирусные ОРС в клеточных линиях пигментного эпителия сетчатки (RPE1), эпителия толстой кишки (HCEC) и меланомы (A375). Через 5–7 циклов деления клетки собирали и направляли на секвенирование. Таким образом авторы выявили около 700 регуляторов пролиферации. Открытых рамок считывания, ингибирующих пролиферацию той или иной линии, было примерно вдвое больше, чем стимулирующих ее. 

Среди ОРС—ингибиторов пролиферации обнаружились известные токсичные белки, в том числе UL41 вируса герпеса, подавляющие синтез белков клетки-хозяина, и родственные им белки герпесвирусов. Однако в список вошли многие белки, которые ранее не связывали с пролиферацией. Аналогичным образом, вирусные факторы, стимулирующие пролиферацию, включали хорошо известные белки (например, nef вируса иммунодефицита человека или E7 вируса папилломы человека).

Два других скрининга были направлены на уклонение от иммунного ответа и на вмешательство в интерфероновый сигналинг клетки. Интерфероны (IFN) индуцируют противовирусный ответ в клетке, и ученые выявили ряд вирусных ОРС, которые служат антагонистами интерферонов. Интересно, что для большинства такая роль показана впервые. Авторы отдельно обратили внимание на ятапоксвирусы — малоизученный род семейства Poxviridae, —которые выраженно подавляли IFN-β. Они проанализировали механизм и показали, что вирус YLDV, заражающий приматов и человека, содержит последовательность 151R. Кодируемый ей продукт способен связывать регуляторный фактор IRF9 и подавлять сигнал. 

Один из механизмов уклонения от иммунного ответа — подавление антиген презентации. Среди ОРС, обладавших такой функцией, авторы выбрали MC162R — ранее не описанную открытую рамку считывания. Они показали, что MC162R служит для привлечения Е3-убиквитинлигаз, которые направляют главный комплекс гистосовместимости (MHC) класса I на протеасомную деградацию. Из-за этого зараженная клетка лишается возможности презентировать вирусный антиген, и ее не уничтожают CD8 T-лимфоциты. 

Этому направлению посвящена еще одна публикация, вышедшая в Science. Та же исследовательская группа провела поиск убиквитинлигаз и привлекающих их белков во всем вироме человека. Выявленные эффекторные белки классифицировались на три категории: собственные Е3-убиквитинлигазы вирусов, белки-«перехватчики», которые перенаправляют Е3-убиквитинлигазы клетки-хозяина, и неканонические лигазы. 

Таким образом, предложенный инструмент позволяет анализировать функции отдельных белков, принадлежащих широкому спектру вирусов человека. Авторы подчеркивают, что даже при изучении патогенных вирусов сам по себе ОРСеом безопасен — отдельные вирусные белки не могут сформировать полноценный вирус, самовоспроизводиться или заражать клетки. 

Фаги микобактерий с полностью синтетическими геномами оказались жизнеспособными

Бактериомы и виромы обеднены у пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника