Американские ученые показали, что РНК коронавируса SARS-CoV-2 проходит через обратную транскрипцию, встраивается в геном инфицированной клетки и экспрессируется в виде «химерных» транскриптов, сливающихся с вирусными с клеточными последовательностями.
У многих людей, перенесших Covid-19, продолжают обнаруживать РНК коронавируса спустя недели или месяцы после выздоровления. Хотя SARS-CoV-2 можно заразиться повторно, к таким пациентам это не относится: из их образцов не выделяют живой вирус, а некоторые исследования подтверждали подобные ложноположительные ПЦР-тесты, даже когда их участники находились на карантине.
Свой ответ на вопрос предлагают ученые из Института биомедицинских исследований Уайтхеда, Национального института рака и Массачусетского технологического института (США), работа которых опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Они показали, что генетические последовательности из РНК-вируса SARS-CoV-2 могут интегрироваться в геном клетки-хозяина посредством обратной транскрипции. Затем эти участки генома «считываются» в РНК и в результате выявляются с помощью ПЦР-теста.
Возбудитель Covid-19 — не единственный вирус, который встраивается в геном человека: порядка восьми процентов нашей дезоксирибонуклеиновой кислоты состоит из остатков древних вирусов. Некоторые, называемые ретровирусами, реплицируются при помощи интеграции в ДНК. «SARS-CoV-2 не относится к ретровирусам, значит, ему не нужна обратная транскрипция для репликации, — рассказал первый автор исследования Лигуо Чжан из Института Уайтхеда. — Однако неретровирусные последовательности РНК-вируса были обнаружены в геномах многих видов позвоночных, включая человека».
Чтобы проверить гипотезу, ученые провели эксперимент в лаборатории: они заразили человеческие клетки коронавирусом, а через два дня секвенировали их ДНК, чтобы посмотреть, содержит ли она следы генетического материала патогена. Для большей достоверности использовали три разных метода секвенирования. По итогу во всех образцах обнаружили генетический материал вируса, хотя ни одного из фрагментов было бы недостаточно для воссоздания живого SARS-CoV-2. Потом ученые исследовали ДНК, фланкирующую небольшие вирусные последовательности, чтобы понять механизм, посредством которого они туда попали.
В этих окружающих последовательностях выявили признаки ретротранспозонов — элементов, способных самовоспроизводиться в геноме. Они представляют собой тип генетического компонента, который копирует и вставляет себя в разные места генома (транспозон) путем преобразования РНК обратно в ДНК при помощи обратной транскрипции. Транспозоны, также известные как «прыгающие гены», — участки ДНК, перемещающиеся из одной области генома в другую. Зачастую они активируются, чтобы «прыгать» в условиях сильного стресса, при раке или старении, и считаются мощными агентами генетических изменений.
Один из распространенных транспозонов в человеческом геноме — ретротранспозон LINE1, состоящий из мощной комбинации механизма разрезания ДНК и обратной транскриптазы, фермента, который создает молекулы ДНК из матрицы РНК (например, РНК коронавируса). «У интеграции LINE1 очень четкий след, — отмечают исследователи. — На стыке вирусной последовательности с клеточной ДНК происходит дупликация из 20 пар оснований». Еще одним признаком LINE1-опосредованной интеграции считается последовательность эндонуклеазы LINE1. Ученые выявили эти особенности почти в 70 процентах ДНК, содержащих вирусные последовательности, но не во всех: видимо, вирусная РНК может интегрироваться в клеточную ДНК посредством нескольких механизмов.
Исследователи также проанализировали опубликованные наборы данных по транскриптам РНК из разных типов образцов, включая те, что брали от больных с коронавирусом. Так удалось определить долю генов, транскрибированных в клетках этих пациентов и содержащих вирусные последовательности, которые могли получить из интегрированных вирусных копий. Процент варьировался от образца к образцу, однако для некоторых относительно большая часть вирусных транскриптов, судя по всему, была транскрибирована из вирусного генетического материала, встроенного в геном.
Ученые не просто подсчитывали транскрипты, содержащие вирусный материал, но смотрели, в каком направлении они были прочитаны. Если вирусные считывания оказывались результатом живых вирусов или существующих вирусных РНК в клетке, следовало ожидать, что большинство транскриптов были бы считаны в правильной ориентации для изученных последовательностей (в инфицированных клетках в лаборатории более 99 процентов имели правильную ориентацию). Однако если бы транскрипты стали продуктом случайной интеграции вируса в геном, произошло бы разделение: половина читалась бы вперед, а другая половина — назад, относительно генов хозяина. Именно это авторы работы увидели в образцах некоторых пациентов.
Конечно, чтобы точно установить, насколько такое явление распространено в реальной жизни, понадобится больший объем данных. Вероятно, только некоторые клетки человека подвергаются какой-либо вирусной интеграции. Если взять другой РНК-вирус, встраивающийся в геном клетки-хозяина, то только 0,001-0,01 процента инфицированных клеток содержала бы встроенную ДНК патогена. Частота интеграции SARS-CoV-2 у людей пока не известна. «Доля клеток, которые интегрируются, может быть очень маленькой, — добавили ученые. — Но даже если это случается редко, миллионы человек уже инфицированы, не так ли?»
