Устойчивые мутации
Мутации устойчивости к антителам (1)
Эту статью (Prospective mapping of viral mutations that escape antibodies used to treat COVID-19) уже растащили по разным новостным изданиям как полный караул, и вакцина не поможет, и мы опять же все умрем. Это конечно полная ерунда, даже не имеющая ничего общего с тем, что реально было сделано в этой статье. А статья на самом деле очень хорошая и интересная. Но для того чтобы ее объяснить, потребуется довольно обширное введение.
Ин витро эволюция
Начнем издалека. Допустим у вас есть какой-нибудь новый антивирусный препарат и вы хотите понять каким образом вирус может выработать на него устойчивость. Как это можно узнать? Классическим подходом является селекция ин витро. Даем вирусу размножаться в культуре клеток, при этом добавляем этот антивирусный препарат, но в концентрациях, которые не полностью подавляют вирус, а так чтобы он мог продолжать размножаться, пусть и не очень хорошо. Размножаясь, вирус будет мутировать и в конце концов появится мутация, которая делает его устойчивым к этому препарату. Такой мутировавший вирус будет размножаться быстрее дикого и постепенно вытеснит его в культуре клеток. Мы увидим что, во-первых, вирус стал размножаться быстрее (его больше не сдерживает наш препарат), во-вторых, почти все вирусы в культуре несут некую новую мутацию.
Звучит легко и просто, но как это часто бывает, на деле у этого подхода есть множество проблем. Не буду их все перечислять, укажу лишь на некоторые. Во-первых, трудно сбалансировать концентрацию препарата так, чтобы на вирус оказывалось достаточное селекционное давление, но чтобы при этом он мог активно размножаться. Если мы добавим слишком мало – у мутировавшего вируса не будет достаточного преимущества над диким для того, чтобы он размножился. Добавим слишком много – вирус плохо размножается, а значит мутации появляются медленно и придется делать это очень долго. Во-вторых, эти эксперименты очень трудоемки – вирус надо постоянно пересеивать на новые клетки, причем в больших объемах, и довольно долго. В-третьих, в вирусах постоянно накапливаются просто случайные мутации и в конце эксперимента бывает что приходится довольно долго копаться чтобы выяснить какая из мутаций действительно дает устойчивость, а какая появилась случайно. Иногда это очень трудно сделать, потому что устойчивость была приобретена через две или даже три разные мутации, каждая из которых по отдельности не имеет эффекта или имеет слабый эффект.
Глубокое сканирование
Группа Джесси Блюма (я знаю пару человек из его лабы) использует интересный подход, который обходит часть из этих проблем. Они пользуются новыми технологиями синтеза ДНК и количественного секвинирования. Сначала они создают библиотеку мутантных вирусов. Они заказывают синтез вирусного гена, но не идеальной его копии, а с мутациями, которые по одной меняют каждую из аминокислот на все возможные 19 альтернатив (всего аминокслот – 20). Примерно так: первые три нуклеотида (аминокислота кодируется тремя нуклеотидами) – случайные во всех возможных комбинациях, а дальше – идеальная копия. Отдельно синтезируется ген, в котором вторые три нуклеотида случайные, а остальные – идеальная копия. Затем – третьи три нуклеотида случайные, а остальные – идеальная копия. Все они смешиваются вместе, и эти мутированные гены вставляются обратно в вирус и таким образом они одним махом создают всех возможных мутантов, в которых каждая из аминокислот в изучаемом белке мутирована во все остальные девятнадцать. Они это называют «глубоким мутационным сканированием».
Дальше на помощь приходят новые технологии секвинирования, т.е. определения нуклеотидной последовательности генов. Они основаны на том, что секвинируются небольшие фрагменты гена, из которых потом с помощью компьютеров собирается полная последовательность. Но их можно использовать и иначе. Если у вас есть смесь разных, но похожих генов (как в полученной выше библиотеке мутантных вирусов), то компьютеру можно сказать не собрать из полученных фрагментов одну последовательность, а посчитать частоту всех имеющихся в смеси вариантов. Таким образом можно взять полученную библиотеку мутантных вирусов, и получить для каждого мутанта какой процент он составляет в общей смеси. После этого мы можем взять эти вирусы и, например, заразить ими клетки в присутствии нашего препарата, дождаться появления нового поколения вирусов, и опять проанализировать их секвенированием. Если мутант плохо размножается в присутствии препарата – его процент в популяции пойдет вниз. Если хорошо – то вверх. Таким образом мы можем быстро проанализировать огромное число мутаций на устойчивость к данному препарату.
Этот подход, конечно же, не решает все проблемы, и у него есть серьезные недостатки. Один из основных – если для устойчивости к препарату требуются мутации в более чем одной аминокислоте, то этот метод их не обнаружит.
Все это довольно сложно, если остались вопросы – спрашивайте в комментах. А собственно о результатах статьи напишу чуть позже.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru