როგორ ადგენენ მეცნიერები კორონავირუსის ახალ ვარიანტებს?

როგორ აღმოაჩინეს მეცნიერებმა კორონავირუსის ახალი ვარიანტები? - დეენემის თანმიმდევრობით.

მკვლევარები ადგენენ დნმ-ის თანმიმდევრობას, რათა დადგინდეს ოთხი ქიმიური სამშენებლო ბლოკის, ანუ ნუკლეოტიდების რიგი, რომლებსაც ქმნიან: ადენინი, თიმინი, ციტოზინი და გუანინი. ესენი ერთობლივად ქმნიან გენომის, რომელიც შეიცავს ყველა გენეტიკური ინფორმაციის.

როდესაც ორგანიზმში მრავლდება, ის ქმნის მთელი გენომის ასლს, რათა გადასცეს შთამომავლობას. ზოგჯერ კოპირების პროცესში შეცდომებმა შეიძლება გამოიწვიოს მუტაციები, რომლებშიც ერთი ან მეტი სამშენებლო ბლოკი იცვლება ან იშლება. ამან შეიძლება შეცვალოს გენები, ცილების ინსტრუქციის ფურცლები, რომლებიც ორგანიზმს ფუნქციონირების საშუალებას აძლევს და საბოლოოდ შეიძლება გავლენა იქონიოს ამ ორგანიზმის ფიზიკურ მახასიათებლებზე. მაგალითად, ადამიანებში თვალებისა და თმის ფერი არის გენეტიკური ვარიაციების შედეგი, რომელიც შეიძლება წარმოიშვას მუტაციების შედეგად. COVID 19-ის გამომწვევი ვირუსის, SARS-CoV-2-ის შემთხვევაში, მუტაციებმა შეიძლება შეცვალოს მისი გავრცელების, ინფექციის გამოწვევის ან იმუნური სისტემის თავიდან აცილების უნარი.

ჩვენ ბიოქიმიკოსები და მიკრობიოლოგები ვართ, რომლებიც ვასწავლით და ვსწავლობთ ბაქტერიების გენომებს. ჩვენ  ვიყენებთ დნმ-ის თანმიმდევრობას ჩვენს კვლევაში იმის გასაგებად, თუ როგორ მოქმედებს მუტაციები ანტიბიოტიკების წინააღმდეგობაზე. ინსტრუმენტები, რომლებსაც ჩვენ ვიყენებთ დნმ-ის თანმიმდევრობისთვის ჩვენს მუშაობაში, იგივეა, რასაც მეცნიერები იყენებენ ახლა SARS-CoV-2 ვირუსის შესასწავლად.

როგორ ხდება გენომების თანმიმდევრობა?

ერთ-ერთი ადრეული მეთოდი, რომელიც მეცნიერებმა გამოიყენეს 1970-იან და 1980-იან წლებში, იყო Sanger-ის თანმიმდევრობა, რომელიც გულისხმობს დნმ-ის მოკლე ფრაგმენტებად დაჭრას და რადიოაქტიური ან ფლუორესცენტური ნიშნების დამატებას თითოეული ნუკლეოტიდის იდენტიფიცირებისთვის. შემდეგ ფრაგმენტები იდება ელექტრო საცერში, რომელიც ახარისხებს მათ ზომის მიხედვით. უახლეს მეთოდებთან შედარებით, სანგერის თანმიმდევრობა ნელია და შეუძლია დნმ-ის მხოლოდ შედარებით მოკლე მონაკვეთების დამუშავება. მიუხედავად ამ შეზღუდვებისა, ის იძლევა უაღრესად ზუსტ მონაცემებს და ზოგიერთი მკვლევარი კვლავ აქტიურად იყენებს ამ მეთოდს SARS-CoV-2 ნიმუშების თანმიმდევრობის დასადგენად.

NGS ტექნოლოგიებს შეუძლიათ ერთდროულად გადაამუშაონ დნმ-ის ბევრად უფრო დიდი მოცულობები, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს გენომის თანმიმდევრობის დასადგენად საჭირო დროს. არსებობს NGS პლატფორმების ორი ძირითადი ტიპი: მეორე თაობის და მესამე თაობის სეკვენსერები.

მეორე თაობის ტექნოლოგიებს შეუძლიათ დნმ-ის პირდაპირ წაკითხვა. მას შემდეგ, რაც დნმ ფრაგმენტებად იჭრება, გენეტიკური მასალის მოკლე მონაკვეთები ემატება ადაპტერებს, რათა თითოეულ ნუკლეოტიდს განსხვავებული ფერი მისცეს. მაგალითად, ადენინი შეფერილია ლურჯად, ციტოზინი კი წითლად. საბოლოოდ, ეს დნმ-ის ფრაგმენტები იკვებება კომპიუტერში და ხელახლა იკრიბება მთელ გენომურ თანმიმდევრობაში.

მესამე თაობის ტექნოლოგიები, როგორიცაა Nanopore MinIon, პირდაპირ ადგენს დნმ-ის თანმიმდევრობას, დნმ-ის მთლიანი მოლეკულის გავლის გზით სეკვენსერის ელექტრო ფორებში. იმის გამო, რომ ნუკლეოტიდების თითოეული წყვილი არღვევს ელექტრული დენს კონკრეტული გზით, სეკვენსერს შეუძლია წაიკითხოს ეს ცვლილებები და ატვირთოს ისინი პირდაპირ კომპიუტერში. თუმცა, Nanopore აგროვებს დნმ-ის უფრო მცირე მოცულობებს სხვა NGS პლატფორმებთან შედარებით.

Illumina NovaSeq-ს შეუძლია დაახლოებით 150 მილიარდი ნუკლეოტიდის თანმიმდევრობა, რაც ადამიანის 48 გენომის ეკვივალენტია, სულ რაღაც სამ დღეში.

თანმიმდევრობის მონაცემების გამოყენება კორონავირუსთან საბრძოლველად

რატომ არის გენომიური თანმიმდევრობა ასეთი მნიშვნელოვანი ინსტრუმენტი SARS-CoV-2-ის გავრცელების წინააღმდეგ საბრძოლველად?

საზოგადოებრივი ჯანმრთელობის სწრაფი რეაგირება SARS-CoV-2-ზე მოითხოვს ცოდნას იმის შესახებ, თუ როგორ იცვლება ვირუსი დროთა განმავლობაში. პანდემიის დაწყებიდან მეცნიერები იყენებდნენ გენომის თანმიმდევრობას SARS-CoV-2-ის თვალყურის დევნებისთვის თითქმის რეალურ დროში. მილიონობით ინდივიდუალური SARS-CoV-2 გენომი იყო დახარისხებული და განთავსებული სხვადასხვა საცავებში, როგორიცაა ფრინველის გრიპის მონაცემების გაზიარების გლობალური ინიციატივა და ბიოტექნოლოგიური ინფორმაციის ეროვნული ცენტრი.

მაგალითად, „ომიკრონის“ ვარიანტის გენომის თანმიმდევრობამ მკვლევარებს საშუალება მისცა აღმოეჩინათ 30-ზე მეტი მუტაცია სპიკის პროტეინში, რაც საშუალებას აძლევს ვირუსს დაუკავშირდეს ადამიანის ორგანიზმის უჯრედებს. ეს ხდის „ომიკრონს“ შემაშფოთებელ ვარიანტად, რადგან ცნობილია, რომ ეს მუტაციები ხელს უწყობს ვირუსის გავრცელებას. მკვლევარები ჯერ კიდევ სწავლობენ იმას, თუ რა გავლენა შეიძლება იქონიოს ამ მუტაციებმა ინფექციების სიმძიმეზე, რომელსაც იწვევს „ომიკრონი“ და რამდენად შეუძლია მას თავი აარიდოს მიმდინარე ვაქცინებს.

თანმიმდევრობა, ასევე, დაეხმარა მკვლევარებს ახალი ვარიანტების იდენტიფიცირებაში. 2021 წლის 22 ნოემბერს სამხრეთ აფრიკიდან დაბრუნებული მოგზაურისგან შეგროვებული SARS-CoV-2 ნიმუშის მიღების შემდეგ, სან-ფრანცისკოს კალიფორნიის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა შეძლეს „ომიკრონის“ არსებობა ხუთ საათში დაედგინათ და ჰქონდათ თითქმის მთელი გენომი. თანმიმდევრობით რვა. 

ვირუსისა და მისი ვარიანტების გენეტიკური შემადგენლობის გაგება მკვლევარებსა და საზოგადოებრივი ჯანდაცვის ოფიციალურ პირებს აძლევს ინფორმაციას იმის შესახებ, თუ როგორ განაახლონ საზოგადოებრივი ჯანდაცვის გაიდლაინები. გენომიურმა თანმიმდევრობამ გადაარჩინა უამრავი სიცოცხლე და უამრავ ადამიანის სიცოცხლეს გადაარჩენს პანდემიის განმავლობაში.

აგრეთვე წაიკითხეთ:

⚫ „კორონავირუსი შიდსით ინფიცირებულებში შეიძლება მრავალი თვის განმავლობაში გაგრძელდეს“ - სამხრეთ აფრიკელი მეცნიერები

⚫ „გაუქმებული ღონისძიება უკეთესია, ვიდრე გაუქმებული სიცოცხლე“ - ტედროს ადანომ გებრეისუსი

⚫„ომიკრონისგან“ განსაკუთრებით ბუსტერ დოზა იცავს“ - თენგიზ ცერცვაძე

⚫„3-ჯერ ვაქცინირებულებსაც შეუძლიათ კორონავირუსის გადაცემა“ - BioNTech-ის აღმასრულებელი დირექტორი

⚫„ომიკრონი“ ადვილად აზიანებს ბავშვებს“ - ამირან გამყრელიძე

⚫„ომიკრონი“ იქნება ის შტორმი, რომელიც გადაუვლის საქართველოს“ - დევი ტაბიძე

⚫ „მონოკლინური ანტისხეულები „ომიკრონზე“ საერთოდ არ მუშაობს“ - ზაზა წერეთელი