Information

Finns det några virus som integrerar sitt DNA i organell-DNA?

Finns det några virus som integrerar sitt DNA i organell-DNA?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Det är känt att många virus (t.ex. retroviridae) integreras i sin värds kärngenom som en del av sin cykel. Men jag skulle vilja veta om integrering kan ske i organellärt DNA (cpDNA och mtDNA) också.

Jag har hittat en artikel som föreslår att vissa kloroplastgener har ett viralt ursprung; viruset skulle dock ha varit närvarande i den förfäders alfa-proteobakterie som senare blev kloroplasten, så ingen direkt kloroplastinfektion är inblandad.

Det finns också denna nästan identiska fråga på ResearchGate, men ärligt talat är svaren där inte tillfredsställande.


Jag är bara medveten om ett dokument som påstår sig visa regelbunden viral integration i mitokondriellt DNA, och även där föreslår de att det kan vara ett värdförsvar snarare än en viral livscykelsak:

Intressant nog observerades 69,4 % (50/72) av HBV-integreringsställena i humant mitokondrie-DNA (mtDNA) (kompletterande tabell 2)... Emellertid var 32 % av HBV-integreringsställena i mtDNA (16/50) i förskjutningsslingan (D -loop), som är känd som huvudkontrollstället för mtDNA-uttryck eftersom det innehåller replikationsursprunget för den tunga DNA-strängen och de viktigaste promotorerna för transkription (Figur 1B). Notera att vi upprepade gånger upptäckte mtDNA-integreringshändelser genom samma mikro-homologiplats i oberoende möss, vilket indikerar hotspot för HBV-integration i mtDNA, vilket förmodligen är relaterat till replikation eller transkription ...

Vi fann att HBV-integrationer medierades genom MMEJ, som är känt som ett alternativt DNA dubbelsträngsbrott (DSB) reparationssystem och rapporterats som en huvudsaklig mediator under mitokondriella DNA-lesioner. Detta tyder på att HBV-integration i tidig fas inträffade i mtDNA. Skador i mtDNA är känd för att inducera autofagi och togs bort i C. elegans, därför är det möjligt att integrering av HBV-DNA i mtDNA kan vara en försvarsmekanism för att skydda kärnan från HBV-integration.

- Karakterisering av HBV-integrationsmönster och timing i levercancer och HBV-infekterade levrar

Jag skulle vilja se detta replikerat och utökat innan jag spenderade för mycket tid på att undra över funktioner och mekanismer.


Virus väver sig in i DNA som överförs från föräldrar till bebisar

Föräldrar förväntar sig att förmedla sin ögon- eller hårfärg, sina knotiga knän eller sina stora fötter till sina barn genom sina gener. Men de förväntar sig inte att överföra virus genom samma gener.

Ny forskning från University of Rochester Medical Center visar att vissa föräldrar överför humant herpesvirus 6 (HHV-6) till sina barn eftersom det är integrerat i deras kromosomer. Detta är första gången som ett virus har visat sig bli en del av människans DNA och sedan överförs till efterföljande generationer. Denna unika form av medfödd infektion kan förekomma hos så många som 1 av 116 nyfödda, och de långsiktiga konsekvenserna för ett barns utveckling och immunsystem är okända.

"Vid denna tidpunkt vet vi väldigt lite om konsekvenserna av denna typ av infektion, men den del av kromosomen som viruset verkar integrera i är viktig för att upprätthålla normal immunfunktion", säger Caroline Breese Hall, MD, professor of Pediatrics and Medicine vid University of Rochester Medical Center, och författare till studien som publiceras i Pediatrics denna månad. "Med ytterligare studier hoppas vi kunna urskilja om denna typ av infektion påverkar barn annorlunda än barn infekterade efter födseln."

HHV-6 orsakar roseola, en infektion som är nästan universell vid 3 års ålder. Det typiska roseolasyndromet ger flera dagar och upp till en vecka med hög feber och kan ha varierande andra symtom inklusive milda andnings- och gastrointestinala symtom. Med roseola, precis när febern bryter, kan barnet kortvarigt utveckla utslag. En medfödd infektion av HHV-6 &ndash eller en som är närvarande vid födseln &ndash producerar höga nivåer av virus i kroppen men forskare (läkare) vet inte om det orsakar några utvecklings- eller immunsystemproblem.

Vissa medfödda infektioner kan orsaka allvarliga problem hos foster. Om en mamma får cytomegalovirus (CMV) under graviditeten riskerar hennes foster att drabbas av hörsel- eller synförlust, utvecklingsstörningar och problem med lungor, lever och mjälte. Vissa av dessa hälsoproblem dyker inte upp förrän månader eller år efter födseln. HHV-6-virus är ett nära besläktat virus till CMV, och den medfödda infektionsfrekvensen för CMV liknar den för medfödd HHV-6 &ndash cirka 1 procent. Denna forskning visar dock att en medfödd HHV-6-infektion skiljer sig mycket från en medfödd CMV-infektion genom att den ofta integreras i barnets kromosomer snarare än att den passerar genom moderkakan.

"Det här är första gången ett herpesvirus har upptäckts att integreras i det mänskliga genomet. Att tro att det faktiskt är en del av oss - det är verkligen fascinerande", säger Mary Caserta, MD, docent i pediatrik vid University of Rochester Medical Center och en av tidningens författare. "Detta öppnar upp ett helt nytt område av utforskning."

Av 254 barn som deltog i denna studie mellan juli 2003 och april 2007 hade 43 medfödda HHV-6-infektioner baserat på navelsträngsblodprover. Av 211 barn utan medfödd infektion var 42 barn som fick en HHV-6-infektion under studien. Av de spädbarn som hade medfödda infektioner hade 86 procent av dem (37) viruset integrerat i sina kromosomer. Endast sex av de medfödda infekterade barnen infekterades av mamman genom moderkakan.

Barn som hade integrerat HHV-6 hade högre nivåer av virus i kroppen än de som infekterades genom moderkakan. HHV-6-DNA hittades i håret på en förälder av alla barn med integrerat virus med tillgängliga föräldraprov (18 mödrar och 11 fäder), vilket innebär att barnen fick de integrerade infektionerna genom sin mammas ägg eller pappas spermier vid befruktningen. Virusets DNA hittades inte i hårprover från föräldrar till barn som smittats efter födseln.

Denna studie är en del av en serie pågående studier på barn med HHV-6-infektioner vid universitetets Golisano barnsjukhus i Strong.

Denna studie finansierades av bidrag från National Institute of Child Health and Development och, delvis, av bidrag från General Clinical Research Center, National Center for Research Resources, National Institutes of Health och HHV-6 Foundation.

Berättelsekälla:

Material tillhandahålls av University of Rochester Medical Center. Obs! Innehållet kan redigeras för stil och längd.


Vårt komplicerade förhållande till virus

När virus infekterar oss kan de bädda in små bitar av sitt genetiska material i vårt DNA. Även om det är sällsynt, har införlivandet av detta material i det mänskliga genomet förekommit i miljontals år. Som ett resultat av denna pågående process utgör viralt genetiskt material nästan 10 procent av det moderna mänskliga genomet. Med tiden har den stora majoriteten av virala inkräktare som befolkar vårt genom muterats till den grad att de inte längre leder till aktiva infektioner. Men, som forskare finansierade av National Institutes of Health har visat, är de inte helt vilande.

Ibland kan dessa lediga sekvenser av virala gener, kallade "endogena retrovirus" (ERV), bidra till uppkomsten av sjukdomar som cancer. De kan också göra sina värdar mottagliga för infektioner från andra virus. Forskare har dock identifierat många fall av virala liftare som ger avgörande fördelar för sina mänskliga värdar - från skydd mot sjukdomar till att forma viktiga aspekter av mänsklig evolution, såsom förmågan att smälta stärkelse.

Skydd mot sjukdomar

Genetikerna Cedric Feschotte, Edward Chuong och Nels Elde vid University of Utah har upptäckt att ERV som finns i det mänskliga genomet kan sätta igång immunsystemet.

För att ett virus ska lyckas göra kopior av sig själv inuti en värdcell behöver det molekylära verktyg som liknar de som dess värd normalt använder för att översätta gener till proteiner. Som ett resultat har virus verktyg noggrant formade av evolutionen för att styra det proteinproducerande maskineriet hos mänskliga celler.

Feschotte och hans team insåg att eftersom virus tenderar att attackera immunsystemet kan de vara särskilt skickliga på att manipulera immunsystemets gener. Forntida mänskliga genom kan ha utvecklats som svar. Feschotte tror att det är möjligt att genomet från människor (eller våra gamla förfäder) återanvände viralt DNA för sitt eget försvar och använde det för att sporra immunsystemet att agera mot virus och andra främmande inkräktare.

"Vi antog att dessa ERV sannolikt skulle vara primära aktörer i att reglera immunaktivitet eftersom virus själva utvecklades för att kapa maskineriet för att kontrollera immunceller", säger Feschotte.

För att undersöka deras hypotes använde Feschotte och hans team en genredigeringsteknik som kallas CRISPR för att systematiskt eliminera individuella ERV-sekvenser i mänskliga celler. Efter att ha tagit bort en av sekvenserna, observerade forskarna en anmärkningsvärd försvagning av immunfunktionen när cellerna utmanades av virusinfektion. Avlägsnandet av tre andra ERV-sekvenser äventyrade immunsvaret.

Dessa fynd tyder på att vart och ett av dessa ERV-element kan aktivera olika genkomponenter i immunsystemet. Teamet tror att det finns tusentals fler ERV-sekvenser med liknande regulatoriska aktiviteter, och de hoppas kunna utforska dem systematiskt i framtida studier.

"Vi tror att vi bara har skrapat på ytan här på regulatorisk potential för ERV," säger Feschotte.

För att understryka det komplicerade förhållandet människor har med virus, finns det också starka bevis för att ERV i vissa fall orsakar cancer men i andra fall skyddar de mot cancer. Till exempel kan en ERV som kallas ERV9 upptäcka cancerrelaterade skador i DNA från celler i testiklarna. ERV9 uppmanar sedan en närliggande gen att inducera de skadade cellerna att begå självmord. Denna skyddsmekanism säkerställer att cancercellerna inte sprids.

Att forma mänsklig evolution

Forskare har också upptäckt att virala inkräktare har drivit utvecklingen av mänskliga fysiologiska funktioner från tidig utveckling till matsmältning.

För nästan 20 år sedan identifierade forskare en ERV-härledd gen som kallas syncytin som verkar spela en nyckelroll i utvecklingen av den mänskliga moderkakan. Syncytin härstammar från en retroviral gen som kodar för ett protein som är inbäddat i den yttre ytan av ett virus. Detta protein förmedlar fusionen av virionerna med värdcellmembranet och underlättar därigenom virusinfektion. I en anmärkningsvärd vändning har människokroppen ändrat det virala proteinets cellfusionsaktiviteter för att främja bildandet av det lager av celler som smälter samman placentan och livmodern.

Forskare har också funnit att virusinkräktare är avgörande för människors förmåga att smälta stärkelse. Införandet av en ERV nära den mänskliga pankreasgenen för att göra amylas - ett protein som hjälper människor att smälta kolhydrater - ledde till uttrycket av amylas i saliv. Den därav följande förmågan att smälta stärkelse i munnen har haft djupgående effekter på den mänskliga kosten, särskilt en förändring mot att äta mat som ris och vete. Genom att hjälpa till att starta matsmältningen i munnen, lindrar amylas en del av bördan med att bryta ner mat som tunntarmen står inför. Om detta kritiska enzym inte utsöndrades i saliv skulle tunntarmen ha svårare att metabolisera socker och stärkelse.

Mer nyligen, 2016, rapporterade ett team av amerikanska och israeliska forskare att en gemensam strategi som värdorganismer använder för att omintetgöra virus - bombardera dem med mutationer - har hjälpt till att forma mänsklig evolution.

Forskarna, ledda av beräkningsbiologen Alon Keinan från Cornell University, i samarbete med Erez Levanon från Bar-Ilan University, studerar en virusbekämpande familj av mänskliga enzymer som kallas APOBEC. Under perioder då DNA dras upp i två enkla strängar - när det har skadats, håller på att kopieras eller transkriberas till RNA - letar APOBEC-enzymerna upp bitar av viralt DNA. De beskjuter sedan systematiskt det virala DNA - vanligtvis byter ut många instanser av en DNA-bas mot en annan - för att neutralisera patogener som lurar i värdgenomet.

Det är troligt att denna APOBEC-mekanism också har muterat icke-virala delar av det mänskliga genomet. Keinan säger att majoriteten av dessa genetiska förändringar skulle ha gjort tillräckligt med skada för att orsaka sjukdom. För det mesta har sådana mutationer rensats bort från befolkningen eftersom de var skadliga för överlevnad och reproduktion. Men forskare har i allt högre grad kopplat APOBEC till olika cancerformer.

Keinans team har visat att dessa mutationer också förekommer i celler som utvecklas till spermier och ägg och så ärvs de av framtida generationer. Och inte alla mutationer har varit skadliga. De genetiska förändringarna som överlevde genom evolutionär tid - de som inte ledde till sjukdom - är mer benägna att vara fördelaktiga. Denna insikt tyder på att den antivirala mekanismen APOBEC har hjälpt till att forma primats evolution genom en mängd olika fördelaktiga mutationer som ännu inte har identifierats. Keinans team har rapporterat tiotusentals sådana mutationer i hominida genom och söker nu efter specifika exempel som ledde till förändringar i funktion som har bidragit till mänsklig evolution.

Medan sökandet efter ytterligare exempel på fördelaktiga ERV och antivirala mekanismer fortsätter, lär sig forskare mer om virusintrångare med hjälp av stora databaser med genomisk information från många arter. De försöker ta reda på hur viralt DNA integreras i värdgenom, hur ERV kan hoppa från en värdart till en annan och hur man skyddar människor i fallet med dessa sällsynta, men ibland dödliga, händelser.


Bli involverad

För att lära dig hur du kan engagera dig i eftersatt sjukdomsläkemedel, vaccin eller diagnostisk forskning och utveckling, eller för att tillhandahålla uppdateringar, ändringar eller korrigeringar till Global Health Primer-webbplatsen, vänligen se våra vanliga frågor .

Virala vektorvacciner drar nytta av förbättrad förståelse av viral biologi. Flera onlineresurser för information om viral biologi finns tillgängliga online, inklusive:

För mer detaljerad information om det aktuella tillståndet för design av viralt vektorvaccin, se den senaste recensionen av Draper och Heeney, tillgänglig här.


Andra forskare är delade om vikten av det nya arbetet och dess relevans för människors hälsa, och vissa är hårt kritiska. "Det finns öppna frågor som vi måste ta itu med", säger molekylärbiologen Rudolf Jaenisch från Massachusetts Institute of Technology (MIT), som ledde arbetet.

Ändå är några veteranretrovirologer fascinerade. "Detta är en mycket intressant molekylär analys och spekulation med stödjande data", säger Robert Gallo, som leder Institute of Human Virology och tittade på det nyligen publicerade förtrycket på Vetenskaps begäran. "Jag tror inte att det är en komplett historia för att vara säker ... men som den är, jag gillar den och min gissning är att den kommer att bli rätt."

Alla virus infogar sitt genetiska material i cellerna de infekterar, men det förblir i allmänhet separat från cellens eget DNA. Jaenischs team, intresserade av rapporter om personer som testats positivt för SARS-CoV-2 efter att ha blivit friska, undrade om dessa förbryllande resultat återspeglade något av en artefakt från analysen polymeraskedjereaktion (PCR), som detekterar specifika virussekvenser i biologiska prover som näsan. svabbar, även om de är fragmenterade och inte kan producera nya virus. "Varför har vi denna positivitet, som nu syns överallt, långt efter att den aktiva infektionen har försvunnit?" säger Jaenisch, som samarbetade med MIT:s Richard Youngs labb.

För att testa om SARS-CoV-2:s RNA-genom kunde integreras i DNA från våra kromosomer, lade forskarna till genen för omvänt transkriptas (RT), ett enzym som omvandlar RNA till DNA, till mänskliga celler och odlade de konstruerade cellerna med SARS- CoV-2. I ett experiment använde forskarna en RT-gen från HIV. De gav också RT med hjälp av mänskliga DNA-sekvenser kända som LINE-1-element, som är rester av gamla retrovirala infektioner och utgör cirka 17% av det mänskliga genomet. Celler som tillverkar endera formen av enzymet ledde till att vissa bitar av SARS-CoV-2-RNA omvandlades till DNA och integrerades i mänskliga kromosomer, rapporterar teamet i sitt förtryck, publicerat på bioRxiv den 13 december.

Om LINE-1-sekvenserna naturligt skapar RT i mänskliga celler, kan SARS-CoV-2-integrering hända hos personer som har covid-19. Detta kan också inträffa hos personer som samtidigt är smittade med SARS-CoV-2 och HIV. Båda situationerna kan förklara att PCR upptäcker kvardröjande spår av genetiskt material från coronavirus hos personer som inte längre har en verklig infektion. Och det kan förvirra studier av COVID-19-behandlingar som är beroende av PCR-tester för att indirekt mäta förändringar i mängden smittsam SARS-CoV-2 i kroppen.

David Baltimore, en virolog vid California Institute of Technology som vann Nobelpriset för sin roll i att upptäcka RT, beskriver det nya verket som "imponerande" och fynden som "oväntat", men han noterar att Jaenisch och hans kollegor bara visar att fragment av SARS-CoV-2:s genom integreras. "Eftersom det är alla delar av det koronavirala genomet, kan det inte leda till infektiöst RNA eller DNA och därför är det förmodligen biologiskt en återvändsgränd," säger Baltimore. "Det är inte heller klart om cellerna som hyser de omvända transkripten stannar kvar i människor under lång tid eller om de dör. Arbetet väcker många intressanta frågor.”

Virologen Melanie Ott, som studerar HIV vid Gladstone Institute of Virology and Immunology, säger att fynden är "ganska provocerande" men behöver noggrann uppföljning och bekräftelse. "Jag tvivlar inte på att omvänd transkription kan ske in vitro med optimerade förhållanden," säger Ott. Men hon noterar att SARS-CoV-2 RNA-replikation sker i specialiserade fack i cytoplasman. "Om det händer i infekterade celler och ... leder till betydande integration i cellkärnan är en annan fråga."

Retrovirologen John Coffin från Tufts University kallar det nya arbetet "trovärdigt", och noterar att solida bevis visar att LINE-1 RT kan tillåta viralt material att integreras i människor, men han är ännu inte övertygad. Bevisen för SARS-CoV-2-sekvenser hos människor, säger Coffin, "borde vara mer solida", och in vitro-experimenten som utförs av Jaenischs team saknar kontroller som han skulle ha velat ha sett. "Allt som allt tvivlar jag på att fenomenet har mycket biologisk relevans, trots författarnas spekulationer", säger Coffin.

Zandrea Ambrose, en retrovirolog vid University of Pittsburgh, tillägger att denna typ av integration skulle vara "extremt sällsynt" om det verkligen händer. Hon noterar att LINE-1-element i det mänskliga genomet sällan är aktiva. "Det är inte klart vad aktiviteten skulle vara i olika primära celltyper som är infekterade av SARS-CoV-2", säger hon.

En särskilt hård Twitter-kritiker, en postdoktor i ett labb som specialiserat sig på retrovirus, gick så långt som att kalla förtryckets slutsatser "ett starkt, farligt och till stor del obestyrkt påstående." Jaenisch betonar att tidningen tydligt anger att integrationen som författarna tror händer inte kan leda till produktion av smittsam SARS-CoV-2. "Låt oss anta att vi verkligen kan lösa den här kritiken fullt ut, vilket jag försöker göra," säger Jaenisch. "Det här kanske är något att inte oroa sig för."


Varför studien som hävdar att SARS-CoV-2s RNA är sammansmält i mänskligt DNA är felaktig

I september 1957 föreslog Francis Crick den ‘centrala dogmen för molekylärbiologi’. Han föreslog att information alltid flödar i levande varelser från DNA – en stabil, ärftlig molekyl – genom en relativt instabil mellanprodukt, budbärar-RNA, och sedan till proteiner, som är arbetshästar för alla livsfunktioner. Och överallt där forskare tittade insåg de att alla organismer följde denna dogm – fram till 1970.

I år hittade Howard Temin och David Baltimore något konstigt i en grupp virus.

Virus, liksom andra levande varelser, finns i alla former och storlekar, och delas in i olika familjer. Virus klassificeras dock inte på samma sätt som andra livsformer. Det beror på att de kan vara både levande och inte levande – en egenskap som kräver att taxonomer också beaktar andra egenskaper som gör virus annorlunda.

En annan sådan egenskap är deras genetiska material.

Virus är de enda kända livsformer som kan använda RNA som sitt genetiska material. Det finns olika typer av RNA-innehållande virus. För att sprida sig gör varje virus en kopia av informationen i sitt genetiska material för att vidarebefordra till sina ‘dotter’-virus. Vissa virus innehåller maskineriet för att göra kopior av deras RNA, och de har ingen som helst DNA-komponent i sin livscykel. Influensa-, hepatit C- och SARS-CoV-2-virus är i denna kategori. Dessa virus avviker också endast något från den centrala dogmen: det finns inget DNA, utan informationen flödar endast från RNA:t till proteiner.

Men vad Temin och Baltimore upptäckte 1970 var ett riktigt undantag från den centrala dogmen. De hittade virus som kunde göra en DNA-kopia med deras RNA med hjälp av ett enzym som kallas omvänt transkriptas, i en process som kallas omvänd transkription. Ett virus blandar sedan detta DNA med dess värds DNA och blir på så sätt en del av värden för alltid. Sådana virus – kallade retrovirus – bryter mot den centrala dogmen eftersom information först flyter från RNA till DNA och sedan från DNA till RNA till proteiner.

Virus som HIV och Rous sarkom tillhör denna familj.

Sammanlagt finns det sju familjer, eller grupper, av virus, och varje grupp specificerar speciella anpassningar, förfinade under år av evolution, ofta genom flera värdar. Det är också ovanligt – kanske till och med omöjligt – att medlemmar i en klass av virus uppvisar grundläggande egenskaper förknippade med en annan.

Det är därför ett förtryckspapper som laddades upp till bioRxiv förtrycksserver den 13 december överraskade forskarvärlden. Tidningen hävdade, besynnerligt nog, att delar av SARS-CoV-2 virala RNA kunde omvänt transkriberas till DNA och integreras i det mänskliga genomet.

Enligt tidningens författare försökte de förklara varför vissa covid-19-patienter visade tecken på viruset i RT-PCR-tester även veckor efter att de återhämtat sig från sjukdomen. Deras förklaring är baserad på en grupp av genetiska enheter som kallas long interspersed nuclear elements (LINE). Det mänskliga genomet har flera LINJER – effektivt delar av vårt DNA som ansvarar för omvänd transkribering av mänskligt RNA till DNA, och integrera det i det mänskliga DNA:t på en annan del. Tidningen hävdar att dessa LINJER också gör samma sak med delar av det nya coronavirusets RNA.

Denna process skiljer sig från vad retrovirus som HIV gör rutinmässigt: de använder sina egna proteiner för att omvandla och blanda DNA.

Författarnas påståenden baseras till stor del på en primär observation och ett experiment. Observationen bygger på ett kraftfullt verktyg som kallas RNA-seq, som tillhandahåller sekvenserna för alla RNA-molekyler som produceras av en cell. Så en RNA-seq’s output är ett slags mått på alla gener som är aktiva i målcellen. Författarna rapporterade att det i celler infekterade med SARS-CoV-2 fanns några virala RNA-sekvenser varvade mellan RNA-sekvenser av mänskliga gener.

Dessa uppgifter kan verka övertygande vid första anblicken, men djävulen sitter i detaljerna. Författarna tycks ha förbisett det faktum att i processen att förbereda ett prov för RNA-seq, måste forskaren själv artificiellt reversera transkribera RNA till DNA – eftersom endast DNA kan sekvenseras (för vidare studier). Så det chimära virala och humana RNA:t kan bara vara en artefakt av RNA-seq-processen, eftersom omvända transkriptaser är kända för att blanda och matcha målsekvenser.

För att bevisa sina påståenden i en experimentell uppsättning, förändrade författarna genetiskt celler för att göra proteiner som kan utföra omvänd transkription. Sedan infekterade de dessa celler med SARS-CoV-2-viruset och rapporterade att SARS-CoV-2 virala RNA omvandlas till DNA.

De utförde experimentet genom att tvinga celler att göra onaturliga mängder av två proteiner: LINEs och HIV omvänt transkriptas (RT). Problemet med det förra är att LINEs sällan produceras naturligt i samma kvantiteter som de i experimentet, vilket väcker tvivel om huruvida resultaten återspeglar vad som är realistiskt möjligt. Och problemet med det senare är att det inte finns någon chans att HIV RT finns naturligt i en cell infekterad med SARS-CoV-2 eftersom de två virusen inte infekterar samma celltyper. Så de experimentella bevisen har några stora kryphål som inte på något sätt motiverar vad författarna hävdar.

Istället kunde författarna ha tillhandahållit data från en äldre teknik: Southern blot. 1973 rapporterade den engelske molekylärbiologen Edwin Southern om ett mycket enkelt sätt att kontrollera om ett visst fragment av DNA finns i ett givet prov. En DNA-molekyl har två strängar (den ‘dubbelhelixen’), och strängen av nukleobaser på en sträng kan bara paras ihop med en specifik sträng av nukleobaser på den andra. Så Southern tänkte att genom att studera en sträng kunde forskarna veta hur den andra strängen såg ut.

Sättet att göra detta – till exempel – är att syntetisera en sträng av SARS-CoV-2-DNA och blanda den med kopior av mänskligt DNA och kontrollera om det finns tecken på bindning.

Förtryckspapperets brist på övertygande bevis har öppnat upp för kritik från vetenskapsmän för dess felaktiga påståenden och obevisade påståenden. Samtidigt berättade David Baltimore, som vann ett Nobelpris för att ha hjälpt till att upptäcka enzymet omvänt transkriptas, till den framstående Vetenskap tidningen studien var “imponerande”, och andra nyhetskanaler har förstärkt hans kommentarer.

Sådana ord har höjt studiens profil på ett sätt som den inte förtjänade att vara mitt i en pandemi ärrad av desinformation och pseudovetenskap. Själva manuskriptets bioRxiv-sida innehåller många krav från forskare runt om i världen (som kommentarer) om att ta bort den.

För att vara tydlig, vad förtryckets författare har hävdat är fortfarande inom möjligheterna, men deras experiment och tolkningar är inte övertygande. Påståendet är extraordinärt: den första rapporten om omvänd transkription av ett icke-retrovirus. Det skulle innebära att det finns en chans att din kropp för ett register över alla RNA-virus som någonsin infekterat den, och öppnar upp en helt ny vinkel för immunminnet. Men extraordinära påståenden kräver extraordinära bevis – vilket förtryckspapperet inte har. Så nu väntar vi på bevis.

Arun Panchapakesan är en molekylärbiolog som arbetar i HIV-AIDS-laboratoriet vid Jawaharlal Nehru Center for Advanced Scientific Research, Bengaluru.


Resultat

Simuleringsstudie

Vi jämför först VirTects prestanda med andra tre metoder ViralFusionSeq, VirusFinder2 och Virus-Clip [25] med hjälp av simulering. Vi väljer slumpmässigt 160 virala sekvenser (storlekar från 500 bp till 1000 bp) från genotyp C [26] av HBV-genomet och infogar dem i kromosom 1, 2, 3 och 4 i det mänskliga referensgenomet (hg19, GRCh37). GenBank ID för HBV genotyp C är AB014381.1. På detta sätt genererar vi fem relaterade genom med virusintegrationer. Varje genom har 40 virusintegreringsställen och 25 av dem är vanliga i alla fem genomen. I simuleringen placerade vi också slumpmässigt SNV: er och Indels nära integrationsplatsen (50 bp grannskap). Med tanke på de fyra simulerade genomen använder vi ART [27] för att simulera Illumina-läsarna med en läslängd på 100 bp och en insättningsstorlek på 300 bp (standardavvikelse 50 bp). För varje genom simulerar vi sex datamängder med täckning 3X, 5X, 10X, 20X, 30X och 40X. För VirTect testar vi dess prestanda med början från fastq-filer (VirTect:fastq) och från bam-filer (VirTect:bam). För VirTect:fastq använder vi BWA för att kartlägga alla parade ändläsningar till det mänskliga referensgenomet (hg19) och HBV-genomet (genotyp A-H) samtidigt. För VirTect:bam mappas de korta läsningarna först till det mänskliga referensgenomet. VirTect använder sedan BWA för att justera de delvis ojusterade läsningarna till HBV-genomerna (genotyp A-H). För de andra två algoritmerna använder vi standardparameterinställningarna. Alla algoritmer är testade på en Linux-server (32-kärnig Intel Xeon 2,40 GHz CPU och 256 Gb minne).

Vi tillämpar först de andra tre algoritmerna på varje datamängd individuellt och jämför deras prestanda med VirTect. Figur 2 visar känsligheterna och falska upptäcktshastigheter (FDR) för dessa algoritmer på varje genom separat. Vi definierar en integrationsförutsägelse som en sann positiv om avståndet mellan den förutsagda integrationsplatsen och den verkliga integrationsplatsen är mindre än 350 bp. Vi finner att VirTect uppnår den högsta känsligheten och den lägsta FDR över alla fem genomen. Speciellt vid lågt täckningsdjup (3X, 5X och 10X) är VirTects känslighet mycket högre än de andra tre algoritmerna och dess FDR är 0. VirTect:fastq är lite känsligare än VirTect:bam vid 3X och 5X täckning, men överlag är deras prestationer väldigt lika. De andra tre algoritmerna hade en högre FDR vid låg täckning eftersom ett antal förutspådda integrationsplatser är långt ifrån de verkliga integrationsplatserna.

Känsligheten (a-e) och FDR (f-j) av de fyra algoritmerna på simuleringsdata vid olika sekvenstäckningar

Jämförelsen ovan är lite orättvis för andra algoritmer eftersom de andra tre algoritmerna inte använder all data för att upptäcka vanliga integrationsplatser. Vi slår sedan samman sekvenseringsdata för de fem genomen som en datamängd och tillämpar de andra två algoritmerna på de sammanslagna data och jämför deras prestanda. Observera att för VirTect behöver vi inte fysiskt slå samman data och detta är bekvämare att analysera flera relaterade sampel. Figur 3a-b visar att VirTect också har den högsta känsligheten och den lägsta FDR över alla täckningar bland de tre algoritmerna. Figur 3c och d visar avståndet mellan de detekterade integrationsplatserna och de sanna integrationsplatserna vid 25X och 100X täckning. Jämfört med de andra algoritmerna är integrationsplatserna som förutspås av VirTect närmast de verkliga integrationsplatserna och de förutspådda integrationsplatserna för VirTect är i de flesta fall bara upp till några få bp från de verkliga integrationsplatserna. Vi jämför också beräkningstiden för olika algoritmer. Figur 4 visar körtiden med åtta kärnor på simuleringsdataset för Genome 1 respektive det sammanslagna datasetet. Vi ser att VirTect bara tar cirka 1 femtedel av beräkningstiden för ViralFusionSeq och VirusFinder2 och lite snabbare än Virus-Clip.

Känsligheten (a) och FDR (b) på de sammanslagna uppgifterna. (c, d) Boxplots of breakpoint estimation accuracy on merged data at 25X and 100X coverage

a The computational time (in hour) on the simulated Genome 1 data at different coverages. b The computational time (in hour) on merged data at different coverages

Real data analysis

In this section, we compare the performance of VirTect with the other two algorithms on real data sets. We consider two real data sets in this study. One is a multi-regional whole exome sequencing (WES) data from an HBV-related hepatocellular carcinoma (HCC) patient [28]. The patient’s ID is 213 and tumors from five regions are sequenced by Illumina platform with a read length of 75 bp. The mean insert size is 200 bp with a standard deviation of 50 bp. The other data consists of nine whole genome sequencing (WGS) data of HBV-related HCC patients [29]. The read length of this data is 90 bp and the coverage is around 30X.

For the multi-region WES data, VirTect is able to detect one HBV integration sites. The integration site is at chromosome 5:1295527 (Fig. 5). The integration sites are located at promoter region of the telomerase reverse transcriptase (TERT). Previous research showed that TERT is the most prevalent gene integrated by HBV in HCC [30]. Moreover, all tumor regions have this integration event, implying that this event might be an early carcinogenesis event. When we apply the other two algorithms to data of each region, they fail to detect any integration site. When we merge the multi-regional data together, they also fail to detect any event.

VirTect identifies an HBV integration site at the TERT promoter region in patient 213. All tumors from different regions have this integration event. The discordant and sandwich-mapped reads to the HBV genome (a) and human genome (b) are shown

For the WGS data, we downloaded hepatocellular carcinoma samples, 101 T, 105 T, 106 T, 108 T, 113 T,114 T,115 T,116 T and 117 T reported by Sung et al. 2012 [29]. Here, we only report the results for VirTect and VirusFinder2 because ViralFusionSeq failed due to insufficient memory and Virus-Clip did not finish computation after a week. The running time of VirTect and VirusFinder2 is shown in Fig. 6. VirTect and VirusFinder2 detected all integration sites reported by Sung et al. 2012 [29]. Some of these integration sites interrupt important cancer genes such as CCNE1 (sample 106 T, chr19:30304177) and NTRK3 (sample 108 T, chr15:88688212). Details about these integration sites are in Additional file 1: Table S1. Figure 7a shows one integration cite at chr1:151503388 at the gene CGN. VirusFinder2 costs long time (> 3 days) and a large amount of memory (about 70 Gb) to finish the computation. In comparison, VirTect uses 1.5 days and no more than 30Gb memory. In addition to the reported integration sites, VirTect detects a new integration site at chromosome X:14603545 (Fig. 7b) overlapping with the gene GLRA3.

a The mean coverage of the 9 WGS data. b The computational time (in day) of VirTect and VirusFinder2 on these 9 WGS data

a A known HBV integration site detected by both VirTect and VirusFinder2 in sample 101 T. The mappings of the supporting reads to the human genome (left panel) and to the virus genome (right panel) are shown. The split position of each read is marked by a scissor icon. b A new integration site detected by VirTect


Integration preference versus oncogenic selection

We see two uses for profiling the insertion site preferences for integrating vectors. First, in functional genomics screens, insertion profiles that emerge can be compared with expected profiles that are only structure based rather than genetics based. A striking example of this is evident in the oncogene screens conducted with the SB transposon [58, 59], which is illustrated in Figure 6 with respect to the Braf gene. Integration sites that emerged from the screen are shown across the entire locus (Figure 6b) and in a selected region comprising exons 10-13/introns 10-12 (Figure 6d), where most of the integrations were selected because of induced expression of a truncated gain-of-function kinase polypeptide. Panels a and c show insertion site preference scores across the region obtained using an automated script (ProTIS) that counts and scores preferred TA dinucleotide insertion sites based on V stepvalues [115]. The results shown in Figure 6 make two strong points. The first is that the frequency of oncogenic insertions in a select region correspond to that predicted on the basis of preference profiling (Figure 6c,d specifically, microscale structure can be a good predictor of integration site preference). The second is that many predicted hotspots (Figure 6a,b) were not sites that lead to oncogenesis. The combination of these two observations enhances the biologic importance of the integrations into introns 11 and 12.

SB insertions across the mouse Braf gene. Thirty Sleeping Beauty (SB) insertions deposited in the Retroviral-Tagged Cancer Gene Database were mapped across the entire Braf transcript and 10 kilobases upstream (NCBI 36 build note that Braf is transcribed right-to-left). Most oncogenic insertions occurred in introns 11 and 12 (formerly annotated as intron 9). (a) ProTIS profiling across the entire gene reveals predicted hotspots for SB integration, but (b) most actual integrations were found in a relatively low scoring region corresponding to introns 11 and 12. A blowup of this local 4.9 kilobase region demonstrates that (c) ProTIS scores closely match (d) patterns of actual transposon integration. bp, base pairs

The second application of predicting profiles of vector insertions may be as part of a risk assessment program. Although current understanding of integration site preferences for most vectors is still inadequate to allow prediction of the probability of integration into specific genes, genome-wide integration datasets may suggest the likelihood that a vector will integrate within the general vicinity of a specific gene. Similarly, analysis of DNA structural characteristics may be used to assess the likelihood that each vector will integrate within specific regions of genes. For example, although Braf can act as a potent oncogene, the pattern of SB integrations into Braf suggest that integrations into a relatively small region of the gene (introns 11 and 12) are the most highly selected for oncogenesis, in spite of the presence of hotspots across the entire gene. Thus, the range of possible insertions that are capable of generating an oncogenic transcript, combined with the relative 'attractiveness' of the sequence across these regions, will dictate the chances of insertional activation.

An analysis of several structural characteristics is presented for the mouse c-myc gene (Figure 5), the human ortholog of which is activated in many cancers [141]. The figure highlights the 3 kilobase region encompassing the promoter that harbors the bulk of oncogenic retroviral integrations at this locus that have been deposited in the Retroviral-Tagged Cancer Gene Database (RTCGD [142]). The sequence was divided into 50 base pair (bp) bins, and the total values for V step, A-philicity, jaggedness, and bendability were summed across each bin. Measured in 50 bp bins, these structural parameters are highly variable across the sequence, and vary independently from each other. Actual oncogenic retroviral insertions observed in insertional mutagenesis screens and deposited into the RTGCD are shown for comparison in Figure 5a. The profiles indicate two features of transposons under consideration for gene therapy. First, the most likely sites for SB transposons to integrate (Figure 5g) are shifted away from the most commonly found activation sites, as revealed by retroviral integrations (Figure 5a). Second, the profile of TTAA sites, required by the piggyBac transposon (Figure 5f), is similar to the preferred SB sites, and further shows that some regions harboring retroviral integrations contain no TTAA sequences, making piggyBac insertions into these sites impossible. Thus, at first approximation, it would appear that the transposons are less likely to insert close to the c-myc promoter than are retroviral vectors. In support of this, c-myc is infrequently hit in SB-based insertional mutagenesis screens to date, only one c-myc integration has been deposited into the RTCGD. In contrast, many retroviral insertions into c-myc have been mapped, although the number of deposited retroviral insertions is much higher than the number of transposons.

The relative lack of SB insertions into c-myc may be due to either a paucity of favorable SB insertion sites in regions of the gene competent for oncogenic activation, or an overall lack of oncogenic selection for insertions into this gene. In support of the former, transposon-free amplification of c-myc was one of the few genomic aberrations observed in tumors harboring mobile transposons (Largaespada DA, Collier LC, Hackett CS, unpublished observations), suggesting that activation of c-myc plays a role in the biology of these tumors (there was probably oncogenic selection for the genomic amplicon). Similar ProTIS analysis of the LMO2 locus revealed the most preferential integration sites for SB transposons that were considerably farther away from the LMO2 promoter than mapped integrations by activating retroviruses [115]. That said, it is evident that prediction of vector integration is not precise and even rare integrations into unfavorable sites have a potential to promote oncogenic expansion, as indicated in Figure 6.


Virus Questions! - How they replicate exactly.

Been seeing quite a few DNA questions in general on MCAT stuff, and I get these correct but now that I think about it my Virus' knowledge is not very exact.

Question: Can a DNA virus integrate itself into the genome or is it only RNA virus's? When a DNA virus integrates itself, what enzyme is it using? Is the integration complementary and antiparallel or exactly the same?

EDIT: I also had the following questions before but they have been answered by this kid video: https://www.youtube.com/watch?v=EqK1CYYQIug

DNA Virus's - how do they replicate? Do they always undergo a lysogenic cycle (if so, when they integrate onto a chromosome are they making a complementary anti-parallel strand. if so, what enzmye is being used to do this?)? Do they create RNA and proteins using the host cell as well as replicate their DNA?

RNA Virus's (positive sense) - can some of these not integrate into the genome and directly go make proteins using host cell machinery? How is their RNA strand replicated into many copies (we don't have a way to replicate RNA). Pretty confused here.


Pseudotyping of Viral Vectors

Retroviruses and adeno-associated viruses have a single protein coating their membrane, while adenoviruses are coated with both an envelope protein and fibers that extend away from the surface of the virus. The envelope proteins on each of these viruses bind to cell-surface molecules such as heparin sulfate, which localizes them upon the surface of the potential host, as well as with the specific protein receptor that either induces entry-promoting structural changes in the viral protein, or localizes the virus in endosomes wherein acidification of the lumen (anatomy) induces this refolding of the viral coat. In either case, entry into potential host cells requires a favorable interaction between a protein on the surface of the virus and a protein on the surface of the cell.

For the purposes of gene therapy, one might either want to limit or expand the range of cells susceptible to transduction by a gene therapy vector. To this end, many vectors have been developed in which the endogenous viral envelope proteins have been replaced by either envelope proteins from other viruses, or by chimeric proteins. Such chimera would consist of those parts of the viral protein necessary for incorporation into the virion as well as sequences meant to interact with specific host cell proteins. Viruses in which the envelope proteins have been replaced as described are referred to as pseudotyped viruses.

For example, the most popular retroviral vector for use in gene therapy trials has been the lentivirus Simian immunodeficiency virus coated with the envelope proteins, G-protein, from Vesicular Stomatitus virus. This vector is referred to as VSV G-pseudotyped lentivirus, and infects an almost universal set of cells. This tropism is characteristic of the VSV G-protein with which this vector is coated.

Many attempts have been made to limit the tropism of viral vectors to one or a few host cell populations. This advance would allow for the systemic administration of a relatively small amount of vector. The potential for off-target cell modification would be limited, as well as many concerns from the medical community. Most attempts to limit tropism have used chimeric envelope proteins bearing antibody fragments. These vectors show great promise for the development of "magic bullet" gene therapies.


Titta på videon: КТО Я?? ЧТО СКРЫВАЕТ ДНК?? (Augusti 2022).