Das 50-jährige Grippevirus-Modell wurde überarbeitet und zeigt Möglichkeiten zur Vorhersage von Pandemien

Anonim

Die wissenschaftliche Lehrbuchbeschreibung des Grippevirus steht kurz vor einem Facelifting, nachdem die Universität von Pittsburgh School of Medicine entdeckt hat, dass ein seit den 1970er Jahren unberührtes Modell der Influenza-Genomarchitektur nicht so perfekt ist.

Die Entdeckung, die online und in einer kommenden Druckausgabe der Zeitschrift Nucleic Acids Research berichtet wird, deckt Lücken in der Art und Weise auf, wie das Virus sein genetisches Material verpackt. Wenn sich ein Grippevirus mit einem anderen Stamm innerhalb einer Zelle vermischt, ermöglichen diese Lücken den Viren, genetisches Material auszutauschen und neue Stämme von Grippe hervorzurufen. Wenn diese Schlupflöcher bekannt sind und miteinander interagieren, können Wissenschaftler besser Pandemien vorhersagen und neue Wege finden, das Grippevirus zu stören.

"Obwohl die Influenza die Menschheit seit Hunderten von Jahren plagt und jeden Winter eine erhebliche Gefahr für die öffentliche Gesundheit darstellt, wissen wir erstaunlich wenig über Grippepandemien", sagte Seniorautor Seema S. Lakdawala, Ph.D., Assistant Professor in Pitts Abteilung für Mikrobiologie & Molekulare Genetik. "Unsere Entdeckung könnte Aufschluss darüber geben, wie sich das Grippevirus ständig weiterentwickelt und so die Tür zu besseren Impfstoffen und antiviralen Medikamenten öffnet."

Influenza ist eine Art von Virus, die einzelsträngige Ribonukleinsäure (RNA) anstelle von doppelsträngiger DNA zur Replikation verwendet. Influenzaviren bestehen aus acht RNA-Segmenten, die von einem schützenden Nukleoprotein umgeben sind. Alle acht RNA-Segmente müssen innerhalb eines Viruspartikels zusammenkommen, um vollständig infektiös zu sein.

Das klassische Modell des Grippevirus weist diese Proteine ​​auf, die die RNA wie Perlen gleichmäßig beabstandet entlang einer Schnur beschichten. Einschränkungen der Techniken, die in den 1970er Jahren bei der Entwicklung des Modells verwendet wurden, führten jedoch dazu, dass einzigartige Merkmale - wie exponierte RNA-Schleifen - verloren gingen. Die universelle Darstellung von Influenza in Schulbüchern beruht somit auf einer einheitlichen zufälligen Bindung von Proteinen entlang der gesamten Länge jedes RNA-Segments.

Lakdawala, der erforscht, wie die Viren entstehen und sich ausbreiten, tat sich mit der Hauptautorin Nara Lee, Ph.D., Assistenzprofessorin in Pitts Abteilung für Mikrobiologie und Molekulargenetik zusammen, die auf RNA-Interaktionen spezialisiert ist. Die beiden waren neugierig, ob es Bereiche entlang des Influenza-RNA-Stranges geben könnte, die "offener" sind und daher besser mit anderen RNA-Segmenten assoziieren können, um zu einem Paket aus allen acht Segmenten zu gelangen. Sie verwendeten einen Prozess namens "Hochdurchsatz-Sequenzierung von RNA durch Vernetzung von Immunopräzipitation" (HITS-CLIP) an zwei Stämmen von Influenza A, einschließlich des H1N1-Pandemiestamms 2009, um ein besseres Verständnis dafür zu erhalten, wo die Proteine ​​an die RNA binden sehen, ob es irgendwelche Bereiche von "nackter" RNA gab.

"Ehrlich gesagt, hatten wir nicht erwartet, irgendwelche zu finden, da wir alle die 'Perlen auf einer Schnur' Darstellung der viralen RNA gelernt hatten", sagte Lakdawala. "Aber erstaunlicherweise gibt es mehrere Bereiche, in denen die RNA nicht durch das Nukleoprotein gebunden war. Diese Entdeckung eröffnet ein völlig neues Forschungsgebiet."

Im Gegensatz zum klassischen Modell fanden Lakdawala und Lee RNA-reiche Bereiche mit Proteinbeschichtung und andere, die exponiert sind und vermutlich reif für die Bindung an andere virale RNA während des Reassortments oder den Austausch von genomischem Material zwischen Grippeviren sind. Evolutionsbiologie-Experte Vaughn Cooper, Ph.D., Associate Professor in Pitts Abteilung für Mikrobiologie und Molekulargenetik, leitete das All-Pitt-Team, um zu erforschen, wie diese Schleifen die Virusentwicklung in der Natur und während der normalen Grippesaison formen.

Das Team verfolgt mehrere potenzielle Forschungsmöglichkeiten, einschließlich der Vorhersage, wie verschiedene Influenzaviren genetisches Material teilen können, um neue Viren zu bilden. Wenn man dies weiß, könnte man Wissenschaftler auf die Neuzuordnungen hinweisen, die am ehesten eine Grippepandemie auslösen könnten, und den Gesundheitsbehörden die Möglichkeit geben, gezielte Impfstoffe zu entwickeln. Es könnte auch Wege geben, die exponierte RNA zu nutzen, um das Virus weniger übertragbar und tödlich zu machen.

"Es ist wirklich aufregend, plötzlich alle diese Forschungsmöglichkeiten auf der Grundlage dieser einen Entdeckung zu eröffnen", sagte Lakdawala. "Der Grund, warum dies noch nicht aufgedeckt wurde, ist, dass wir alle die 50-jährige Forschung über die Genom-Architektur, die wirklich nett aussah und eine einfache Erklärung hatte, für völlig selbstverständlich hielten. Das zeigt, dass, wenn wir es nicht tun ständig das wissenschaftliche Dogma neu zu bewerten und zu hinterfragen, könnten wir eine große Chance verpassen. "

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