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数字分析发现病毒遗传密码的潜在结构差异

来源:东京大学(The University of Tokyo)

研究人员已经确定了COVID-19和SARS病毒的基因编码中可能促进病毒生命周期的特定部分。这项新技术是研究人员第一个用来确定哪些基因序列作为RNA(DNA的化学近亲)存储更稳定的工具。

“目前的大流行非常严重,我们希望为全球加速冠状病毒研究作出贡献。我们的研究包括许多类型的病毒,但我们决定专注于冠状病毒的研究结果,”东京大学同位素科学中心的研究小组负责人和研究细胞如何承受压力的专家Nobuyoshi Akimitsu教授说。

包括流感病毒和冠状病毒在内的许多病毒家族都将其基因序列存储为RNA,RNA潜入人体细胞并诱使它们制造更多的病毒。病毒需要RNA保持稳定,抵抗宿主免疫系统降解其RNA的努力。

研究小组将他们的技术命名为命运序列(Fate-seq),因为它的目的是确定一个基因序列的命运,它是否会持续存在或基于其稳定性而退化。

“命运序列技术是一个非常简单的想法。我们以一种新的方式结合了现有的技术,”Akimitsu解释道。

为了执行命运序列,研究人员首先将一个基因组切割成短片段。当研究人员只对其基因组的短片段、分离片段进行研究时,即使是极为危险的病原体也会变得无害。

研究人员从病毒基因组的片段中合成了RNA,并通过下一代测序来检验它们的命运,即稳定性,这使得研究人员能够快速、同时地确定单个RNA链的确切序列。然后,计算机程序可以识别遗传序列中的模式或有趣的差异,以便进行更详细的研究。

研究人员研究了26个病毒基因组中的11848个RNA序列,其中包括SARS冠状病毒(SARS-CoV),引起SARS的病毒,2003年上半年导致774人死亡的突发性急性呼吸综合征。研究人员共鉴定出625个稳定的RNA片段。在稳定的RNA片段中,21个来自SARS-CoV。

研究人员将21个SARS-CoV稳定基因片段与其他类型冠状病毒的完整基因序列数据进行了比较。SARS-CoV的两个稳定片段在其他进化相似的冠状病毒中非常常见,包括引起COVID-19和SARS-CoV-2的病毒。

预测模型表明,这两个稳定的RNA片段可能形成茎环结构。茎和环是RNA的短片段,它们不是保持一条直线,而是向前折叠并结合在一起,形成发夹状。

最值得注意的是,其中一个稳定的片段只在COVID-19病毒中形成一个茎和环,而不是SARS病毒,因为病毒的RNA编码很少但重要的差异。

Akimitsu说:“这种SARS-CoV-2基因片段的茎环结构在计算机模型中非常稳定,我们认为这种结构可能会提高病毒的存活率。”。

除了更好地理解危险病毒外,研究人员还希望利用命运序列来理解RNA稳定性的基本规律,并推进新型药物的研发。人类细胞利用RNA作为DNA和蛋白质之间的中间信使。设计稳定且易于细胞转化为蛋白质的基于RNA的药物可以治疗基因疾病,而不会改变我们的DNA。

这项研究是与筑波大学(the University of Tsukuba)的合作者一起进行的,是在《生物化学和生物物理学研究通讯》杂志上发表的一份同行评议的出版物。

论文网址:https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2020.05.008

原文网址:https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00116.html

声明:本文由 Newfellow 编译,中文内容仅供参考,一切内容以英文原版为准。


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