Биоинформатики Московского физико-технического института и Университета Салерно в Италии собрали полный набор данных экспрессии РНК в клетках носоглотки пациентов, переболевших COVID-19. Результаты исследования ученых опубликованы в журнале Scientific Data.
«Мы пытались выяснить, как инфекция отражалась на экспрессии генов человеческих тканей носоглотки и как отличаются между собой различные волны инфекции. Всего отличительных черт было найдено много, сотни и тысячи, и мы каталогизировали их в базе данных, которую опубликовали в этой статье. Это первичные экспериментальные данные, которые каждый ученый может использовать для будущих исследований вируса», — рассказал Антон Буздин, заведующий лабораторией трансляционной геномной биоинформатики МФТИ.
При заражении вирусом у разных групп пациентов наблюдались различные симптомы и осложнения — такой широкий диапазон восприимчивости к заболеванию и исходов может быть объяснен изменением экспрессии генов, процесса, в ходе которого наследственная информация от гена преобразуется в РНК или белок.
Патоген проникает в клетки человека через ангиотензинпревращающий фермент-2 (ACE2), расположенный на поверхности различных типов клеток. Попав внутрь, вирус подавляет экспрессию генов клетки-хозяина. При обнаружении вируса клетки человека активируют внутренние механизмы противодействия инфекции, что ведет к значительному изменению их собственного транскриптома (то есть к изменению содержания молекул РНК, образующихся в результате работы генов).
Понимание того, как меняется экспрессия генов после заражения возбудителем COVID-19, конвертируется в наше знание о том, как организм реагирует на патоген на клеточном уровне.
«Мы ставили своей целью разработать лучшую в мире платформу анализа данных генной экспрессии Oncobox (“Онкобокс”) — чтобы табличные данные преобразовывались в количественное и качественное понимание происходящих процессов и того, как они меняются в норме и патологии. Мы предоставили нашу платформу итальянским коллегам. Она может быть использована для самых разных областей. В этой работе платформу “Онкобокс” использовали для анализа экспрессии РНК у итальянских пациентов, переболевших коронавирусной инфекцией. Для нас это исследование — не только признак международного признания нашей платформы, но в первую очередь возможность расширить рамки ее применения на область изучения инфекционных патогенов человека», — отметил Антон Буздин.
Собранный набор данных позволит научному сообществу изучить влияние вирусной инфекции на транскриптом клеток слизистой оболочки человека. С этой целью РНК, выделенная из мазков носоглотки пациентов с COVID-19, была подвергнута тотальному секвенированию и последующему биоинформатическому анализу.
По словам Антона Буздина, «Онкобокс» позволяет быстро анализировать активность более 50 тысяч молекулярных путей.
«Мы можем понять, какие из 50 тысяч внутриклеточных процессов и на каком уровне активны в образце. Аналоги платформы не могут анализировать такое большое количество молекулярных путей или не дают количественных характеристик. Например, говорят только о том, что некий процесс изменен, а мы говорим, насколько он усилен или наоборот подавлен. Таким образом можно охарактеризовать полный спектр происходящего в клетке на уровне молекулярных процессов», — добавил Антон Буздин.
Анализ выявил сильное влияние инфекции COVID-19 на модуляцию транскриптов-мишеней в клетках и показал их участие в биологических механизмах, связанных с клеточным иммунным ответом и путем патогенеза коронавируса.
Собранный набор данных дает возможность исследовать потенциальные различия в профилях транскриптома между разными вирусными штаммами. Это может помочь в понимании патогенеза заболевания и потенциальных различий в путях передачи среди различных вариантов SARS-CoV-2.
«Анализируя этот набор данных и объединяя его с другими, можно будет найти ключевые гены, участвующие в путях проникновения вируса. Это способно помочь в разработке новых методов лечения и будущих диагностических инструментов. Мы также можем различать реакцию на варианты вируса, характерные для разных волн пандемии, что может способствовать пониманию механизма адаптации человеческой популяции к масштабной новой инфекции», — резюмировал Антон Буздин.
