Logo bg.centerdiseasecondtrol.com

Секвениране и генетична характеристика на грипния вирус

Съдържание:

Секвениране и генетична характеристика на грипния вирус
Секвениране и генетична характеристика на грипния вирус
Anonim
  • Последователност на геном
  • Генетична характеристика
  • Методи за секвентиране на грипния грип

Последователност на геном

Грипните вируси непрекъснато се променят, всъщност всички грипни вируси претърпяват генетични промени с течение на времето (за повече информация вижте Как грипният вирус може да се промени: „Дрифт“и „Преместване“). Геномът на грипния вирус се състои от всички гени, които съставляват вируса. CDC провежда целогодишно наблюдение на циркулиращите грипни вируси, за да следи промените в генома (или части от генома) на тези вируси. Тази работа се изпълнява като част от рутинното наблюдение на грипа в САЩ и като част от ролята на CDC като Съдействащ център за референтни и изследвания на грипа на Световната здравна организация (СЗО). Информацията, която CDC събира от изучаването на генетични промени (известни също като „замествания“, „варианти“или „мутации“) при грипни вируси, играе важна роля за общественото здраве, като помага да се определи дали ваксините и антивирусните лекарства ще действат срещу протичащите в момента вируси на грипа., както и да помогне за определяне на потенциала на грипните вируси при животни да заразят хората.

Последователността на генома разкрива последователността на нуклеотидите в ген, като букви от азбука в думи. Нуклеотидите са органични молекули, които образуват структурния блок на нуклеиновите киселини, като РНК или ДНК. Всички грипни вируси се състоят от едноверижна РНК, за разлика от двуверижната ДНК. РНК гените на грипните вируси се състоят от вериги от нуклеотиди, които са свързани заедно и са кодирани от буквите A, C, G и U, които означават съответно аденин, цитозин, гуанин и урацил. Сравняването на състава на нуклеотидите в един ген на вируса с реда на нуклеотидите в различен вирус на гена може да разкрие вариации между двата вируса.

Генетичните вариации са важни, защото могат да повлияят на структурата на повърхностните протеини на грипния вирус. Протеините са направени от последователности на аминокиселини.

Замяната на една аминокиселина с друга може да повлияе на свойствата на вируса, например на това колко добре вирусът се предава между хората и колко чувствителен е вирусът към антивирусни лекарства или настоящи ваксини.

CDC Yearly Lab Work on Flu Viruses
CDC Yearly Lab Work on Flu Viruses

Пълен размер на инфографиката и текстовата версия

Image
Image
Image
Image

Последователността на генома разкрива последователността на нуклеотидите в ген, като букви от азбука в думи. Сравняването на състава на нуклеотидите в един ген на вируса с реда на нуклеотидите в различен вирус на гена може да разкрие вариации между двата вируса.

Генетичните вариации са важни, защото влияят върху структурата на повърхностните протеини на грипния вирус. Протеините са направени от последователности на аминокиселини.

Замяната на една аминокиселина с друга може да повлияе на свойствата на вируса, например на това колко добре вирусът се предава между хората и колко чувствителен е вирусът към антивирусни лекарства или настоящи ваксини.

Вирусите на грип А и В - първичните грипни вируси, които заразяват хората - са РНК вируси, които имат осем генни сегмента. Тези гени съдържат „инструкции“за създаване на нови вируси и именно тези инструкции грипният вирус използва, след като зарази човешка клетка, за да подмами клетката да произвежда повече грипни вируси, като по този начин разпространи инфекцията.

Грипните гени се състоят от последователност от молекули, наречени нуклеотиди, които се свързват заедно във верижна форма. Нуклеотидите се обозначават с буквите A, C, G и U.

Последователността на генома е процес, който определя реда или последователността на нуклеотидите (т.е. A, C, G и U) във всеки от гените, присъстващи в генома на вируса. Пълното секвенциране на генома може да разкрие приблизително 13 500-буквена последователност на всички гени на генома на вируса.

Всяка година CDC извършва цялостно секвенциране на генома на около 7000 грипни вируса от оригинални клинични проби, събрани чрез вирусологично наблюдение. Генът на вируса на грип А или В съдържа осем генни сегмента, които кодират (т.е. определят структурата и характеристиките на) 12 протеина на вируса, включително неговите два първични повърхностни протеина: хемаглутинин (НА) и невраминидаза (NA). Повърхностните протеини на грипния вирус определят важните свойства на вируса, включително как вирусът реагира на някои антивирусни лекарства, генетичното сходство на вируса с настоящите вируси срещу грипна ваксина и потенциала на зоонозните (животински произход) грипни вируси да заразят човешки гостоприемници.

Генетична характеристика

CDC и други лаборатории за обществено здраве по света секвенцират гените на грипните вируси от 80-те години. CDC допринася за генетични последователности за публични бази данни, като икона GenBankexternal и външна икона на Глобалната инициатива за споделяне на данни за инфлуенцата по птиците (GISAID), за използване от изследователи в областта на общественото здраве. Получените библиотеки на генни последователности позволяват на CDC и други лаборатории да сравняват гените на циркулиращите в момента грипни вируси с гените на по-старите грипни вируси и вирусите, използвани във ваксините. Този процес на сравняване на генетични последователности се нарича генетична характеристика. CDC използва генетична характеристика поради следните причини:

  • За да се определи колко „генетично свързани“или подобни грипни вируси са един на друг генетично
  • За да наблюдавате как се развиват грипните вируси
  • За идентифициране на генетични промени, които засягат свойствата на вируса. Например, за идентифициране на специфичните промени, които са свързани с грипните вируси, които се разпространяват по-лесно, причинявайки по-тежко заболяване или развивайки резистентност към антивирусни лекарства
  • За да се оцени доколко ваксината срещу грип може да защити срещу определен грипен вирус въз основа на генетичното му сходство с вируса
  • Да следи за генетични промени в грипните вируси, циркулиращи в животински популации, които биха могли да им позволят да заразят хората.

Относителните разлики между групата на грипните вируси са показани чрез организирането им в графика, наречена „филогенетично дърво“. Филогенетичните дървета за грипните вируси са като семейни (генеалогични) дървета за хората. Тези дървета показват колко са „свързани“отделните вируси един към друг. Вирусите са групирани заедно въз основа на това дали нуклеотидите на техните гени са идентични или не. Филогенетичните дървета на грипните вируси обикновено показват колко сходни са гените на хемаглутинин (НА) или невраминидаза (NA) на вирусите един към друг. Всяка последователност от специфичен грипен вирус има свой клон на дървото. Степента на генетична разлика (брой нуклеотидни разлики) между вирусите е представена от дължината на хоризонталните линии (клони) във филогенетичното дърво. Колкото по-нататък вирусите са разположени на хоризонталната ос на филогенетичното дърво, толкова по-генетично са различни вирусите един към друг.

Image
Image

Фигура. Филогенетично дърво.

Например, след CDC последователности грип A (H3N2) вирус, събран чрез наблюдение, вирусната последователност се каталогизира с други вирусни последователности, които имат сходен гена НА (H3) и подобен NA ген (N2). Като част от този процес CDC сравнява новата вирусна последователност с другите вирусни последователности и търси различия между тях. След това CDC използва филогенетично дърво, за да представи визуално колко генетично различни A (H3N2) вируси са един от друг.

CDC извършва генетична характеристика на грипни вируси целогодишно. Тези генетични данни се използват заедно с данните за антигенна характеристика на вируса, за да се определи кои ваксинални вируси трябва да бъдат избрани за предстоящите ваксини срещу грип в Северното полукълбо или Южното полукълбо. В месеците, предхождащи до срещите за консултация с ваксините на СЗО през февруари и септември, CDC събира грипни вируси чрез наблюдение и сравнява генетичните последователности на HA и NA на настоящите ваксинови вируси с тези на циркулиращите грипни вируси. Това е един начин да се оцени доколко тясно свързани циркулиращите грипни вируси с вирусите, срещу които е формулирана ваксината срещу сезонен грип, за да се предпази. Тъй като вирусите се събират и генетично характеризират, могат да се разкрият разлики.

Например, понякога в рамките на един сезон циркулиращите вируси ще се променят генетично, което кара те да се различават от съответния вирус на ваксината. Това е една индикация, че може да се наложи различен ваксинален вирус за ваксината за следващия грипен сезон, въпреки че други фактори, включително резултатите от антигенната характеристика, оказват силно влияние върху решенията за ваксина. Повърхностните протеини на HA и NA на грипните вируси са антигени, което означава, че са разпознати от имунната система и са способни да предизвикат имунен отговор, включително производството на антитела, които могат да блокират инфекцията. Антигенната характеристика се отнася до анализа на реакцията на вируса с антитела, за да помогне да се оцени как е свързан с друг вирус.

Методи за секвентиране на грипния грип

Една грипна проба съдържа много частици на грипния вирус, които са отгледани в епруветка и които често имат малки генетични различия в сравнение една с друга сред цялата популация на братя и вируси.

Традиционно учените са използвали техника на секвениране, наречена „Сангер реакцията“, за да наблюдават еволюцията на грипа като част от вирусологичното наблюдение. Сингерното секвениране идентифицира преобладаващата генетична последователност сред многото грипни вируси, открити в изолат. Това означава, че малки вариации в популацията на вируси, присъстващи в пробата, не се отразяват в крайния резултат. Учените често използват метода на Сангер, за да проведат частично секвенциране на генома на грипни вируси, докато по-новите технологии (виж следващия параграф) са по-подходящи за секвениране на цели геноми.

През последните пет години CDC използва методологиите „Next Generation Sequisting (NGS)“, които значително разшириха количеството информация и подробности, които може да предостави анализ на последователностите. NGS използва разширено молекулярно откриване (AMD) за идентифициране на генни последователности от всеки вирус в проба. Следователно, NGS разкрива генетичните вариации между много различни частици на грипния вирус в една проба и тези методи разкриват и целия кодиращ регион на геномите. Това ниво на детайлност може пряко да се възползва от вземането на решения в областта на общественото здраве по важни начини, но данните трябва внимателно да бъдат интерпретирани от висококвалифицирани експерти в контекста на друга налична информация. Вижте AMD Projects: Подобряване на противогрипните ваксини за повече информация за това как NGS и AMD правят революция в картографирането на грипния геном при CDC.

Допълнителни ресурси

Програма за разширено молекулярно откриване на CDC

Популярни по теми

Избор На Редактора

Записи в уеб предаване: Клинична оценка и управление на бебета с вродена инфекция Zika

Ако вашето семейство е било засегнато от вируса Zika - Зика и бременност

Топ 5 неща, които всеки трябва да знае за Zika

Как CDC проследява инфекцията с вируса Zika при бременни жени и бебета? Зика и бременност

Бременна? Прочетете това, преди да пътувате. - Зика и бременност

Видеоклипове за Zika и бременност

Примерни съобщения в социалните медии относно Zika и бременност

Статии и основни констатации за Zika и бременност

Предотвратяване на остри наранявания и вируса Zika - NIOSH

Вродените дефекти, потенциално свързани с Zika, се увеличават в териториите на САЩ след широко разпространено местно предаване

Други болести, пренасяни от комари - NIOSH

За работата на CDC за Zika и бременност

Истории от полето за Зика и бременност

Безопасност против насекоми - NIOSH

Графика в социалните медии за Zika и бременност