Informacija

Viruses Lab - Biology

Viruses Lab - Biology


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ciljevi laboratorija

Na kraju laboratorija student bi trebao biti u stanju:

  • Shvatite svojstva virusa
  • Objasnite kako se virusi šire populacijom dijeljenjem tjelesnih tekućina

Virusi iz Učenje lumena

A virus ne smatra se živim organizmom jer sadrži samo DNK okruženu proteinskom ovojnicom. Međutim, virusi su ozbiljni zarazni uzročnici koji uzrokuju stanja poput AIDS -a, vodenih kozica i herpesa. Virusi moraju imati živu stanicu domaćina za reprodukciju. Virus preuzima strojeve za izgradnju proteina u stanici kako bi stvorio nove viruse za širenje infekcije. Virusi mogu zaraziti mnoge različite vrste organizama, i prokariotske i eukariotske.
Jedan od načina na koji se virus može širiti populacijom je dijeljenje tjelesnih tekućina poput sline, krvi ili sjemena. Pokazat ćemo koliko se brzo virus može proširiti kroz današnje simulacijske aktivnosti.

Dijeljenje tjelesnih tekućina

Tijekom ovog laboratorija podijelit ćete "tjelesne tekućine" s drugim studentima u laboratoriju kako biste simulirali širenje zarazne bolesti kroz populaciju.

Postupak

  1. Od instruktora nabavite numeriranu bočicu otopine i plastičnu pipetu.
  2. Zapišite svoje učeničko ime i broj bočice u tehnički list razreda.
  3. Podijelite tjelesne tekućine s drugom osobom u laboratoriju. Plastičnom pipetom izvucite otopinu iz bočice i stavite 5 kapi otopine u bočicu drugog razreda. I vaš razrednik će na isti način dijeliti tekućinu s vama. Vratite čep u bočicu i preokrenite da se promiješa.
  4. Zapišite ime osobe s kojom ste unosili tjelesne tekućine u donju tablicu.
  5. Zamijenite tjelesne tekućine s drugom osobom slijedeći gore navedene upute. Zapišite ime osobe s kojom ste mijenjali tekućinu.
  6. Zamijenite tekućinu s drugim učenikom (različito od prva dva) i ispod zabilježite njegovo/njezino ime. Trebali biste dovršiti tri ukupne izmjene tekućine.

Moja bočica #: _______________________

ZAPIS O ZAMJENAMA TIJELSKIH TEKUĆINA

Mjenjačnica 1: ______________________________
Razmjena 2: ______________________________
Razmjena 3: ______________________________

Vaš laboratorijski instruktor dodat će kap ispitnog reagensa kako bi utvrdio jeste li zaraženi bolešću. Ako vaš uzorak postane ružičast, zaraženi ste. Ako požuti, niste zaraženi. Ako ste pozitivni na bolest, možda ste je prvobitno imali ili ste je možda danas dobili u laboratoriju zbog dijeljenja tjelesnih tekućina.

  • Jeste li zaraženi?
  • Je li moguće utvrditi jeste li bili izvorno zaraženi ili ste od nekoga oboljeli tijekom današnjeg laboratorija?

Kao razred ispunit ćete donju tablicu 1. Uključite ime svake osobe. Ako je rezultat testa pozitivan, stavite znak plus (+) uz svoje ime. Ako je vaš rezultat negativan, stavite negativan znak ( -) uz svoje ime. Za pozitivne pojedince zabilježite s kim razmjenjuju tekućinu i je li ta osoba bila pozitivna ili negativna.

Pitanja

  1. Koliko je ljudi u razredu zaraženo?
  2. Možete li utvrditi tko je izvorno zaražen?
  3. Ako možete, tko mislite da je izvorno zaražen?
  4. Što rezultati razreda pokazuju o širenju bolesti kroz aktivnosti u kojima se dijele tjelesne tekućine?

Ispunite tablicu sličnu tablici 1 za sve članove vašeg razreda. Svakako dodajte onoliko tablica koliko ima učenika!

Tablica 1. Rezultati razreda za aktivnost izmjene tjelesnih tekućina
Ime studentaRezultat testa (+/−)Razmjena #1 (+/−)Razmjena #2 (+/−)Mjenjačnica #3 (+/−)
1.
2.
3.
4.
5.

Nakon što ispunite tablicu 1, razgovarajte sa svojom laboratorijskom grupom o tome kako ovaj eksperiment simulira infekciju u stvarnom životu kroz populaciju i odgovorite na sljedeća pitanja.

  1. Koji su načini širenja virusa?
  2. Koje se neke bolesti šire kontaktom s tjelesnim tekućinama?
  3. Koji su načini sprječavanja širenja ovih bolesti?

LICENCE I ATRIBUCIJE

CC LICENCIRANI SADRŽAJ, ORIGINAL

  • Biologija 102 Labs. Autor:: Lynette Hauser.

    Kako virusi održavaju infekciju?

    Dugo se raspravljalo o tome jesu li virusi oblik života, jer se mnogi od njih sastoje samo od malo genetskog materijala koji je & rsquos zatvoren u paket. Taj genetski materijal obično se mora baciti u potpuno funkcionalnu stanicu kako bi se stvorile bjelančevine, a više virusnih čestica ili virionski virusi obično se mogu sami razmnožavati bez inficiranja stanice domaćina.

    Znanstvenici su sada saznali više o tome kako neki virusi, točnije neki virusi prehlade i poliovirusa, pakiraju svoj genetski materijal i stvaraju nove zarazne čestice ili virione kako bi mogli zaraziti više stanica. Nalazi koji bi mogli otvoriti nove mogućnosti liječenja virusa objavljeni su u PLOS patogeni.

    & quotOva je studija iznimno važna zbog načina na koji mijenja naše razmišljanje o tome kako možemo kontrolirati neke virusne bolesti. Ako možemo poremetiti mehanizam stvaranja viriona, onda postoji potencijal da se zaustavi infekcija ", rekao je su-nadzornik studije profesor Peter Stockley, bivši direktor Centra za strukturnu molekularnu biologiju Astburyja na Sveučilištu Leeds.

    Iako znamo da zaražene stanice stvaraju nove virione, ostalo je nejasno kako su ti virioni sastavljeni tako da mogu zaraziti druge stanice i započeti proces stvaranja novih viriona. Čini se da su mehanizmi koji se koriste za stvaranje novih viriona stabilni.

    "Naša analiza sugerira da su molekularne značajke koje kontroliraju proces stvaranja viriona genetski očuvane, što znači da ne mutiraju lako - smanjujući rizik da bi se virus mogao promijeniti i učiniti nove lijekove neučinkovitima", dodao je Stockley.

    U ovom su se radu istraživači usredotočili na virus koji inficira krave, ali ne i ljude te djeluje kao svojevrsna zamjena za poliovirus u laboratorijskim studijama, nazvanim Enterovirus-E. Rinovirusi, koji uzrokuju prehladu, su enterovirusi. Znanstvenici su utvrdili da postoje dijelovi molekula RNK koji se nazivaju signali pakiranja RNK koji rade s proteinima koji pomažu u obuzdavanju virusa, a zajedno mogu pravilno sastaviti nove zarazne virione.

    Ova je studija također identificirala mjesta na molekulama RNK koja mogu djelovati kao signali za pakiranje. Uspjeli su primijeniti najsuvremenije tehnike mikroskopije kako bi zapravo vizualizirali proces na djelu.

    & quotPotanko razumijevanje kako ovaj proces funkcionira i činjenica da se čini očuvanim u cijeloj obitelji virusnih patogena, omogućit će farmaceutskoj industriji razvoj antivirusnih lijekova koji mogu blokirati te ključne interakcije i spriječiti bolesti, rekao je jedan od nadzornika studije Profesor Reidun Twarock sa Sveučilišta York.


    Virus Explorer

    Ovaj interaktivni modul istražuje raznolikost virusa na temelju strukture, vrste genoma, raspona domaćina, mehanizma prijenosa, ciklusa replikacije i dostupnosti cjepiva.

    Click & amp Learn uključuje privlačne 3D modele 10 različitih virusa - koronavirus, bjesnoću, influencu A, HIV, ebolu, virus duhanskog mozaika (TMV), adenovirus, T7, papiloma virus i Ziku - na koje studenti mogu kliknuti za rotiranje. različitim kutovima, a vidi u presjeku. Studenti također mogu istražiti detaljne dijagrame ciklusa replikacije virusa. U tom procesu studenti će naučiti o kriterijima koje znanstvenici koriste za klasifikaciju virusa, karakteristikama različitih virusa i globalnoj prevalenciji virusnih infekcija. Click & amp Learn uključuje ilustraciju relativnih veličina 10 virusa, što daje priliku za raspravu o mjerilu i jedinicama.

    Prateći radni list vodi učenike u istraživanju.

    Veza "Resursna Google mapa" upućuje na mapu izvornih dokumenata Google diska u formatu Google dokumenata. Nisu svi dokumenti za resurs koji se mogu preuzeti dostupni u ovom formatu. Mapa Google disk postavljena je kao "Samo za prikaz" za spremanje kopije dokumenta iz ove mape na vaš Google disk, otvorite taj dokument, a zatim odaberite Datoteka → "Napravi kopiju". Ovi se dokumenti mogu kopirati, mijenjati i distribuirati na mreži u skladu s Uvjetima korištenja navedenim u donjem odjeljku “Detalji”, uključujući kreditiranje BioInteractive -a.


    Viruses Lab - Biology

    Struktura virusa i ulazak u ćeliju

    Čestice virusa prenose genetski materijal iz jedne stanice u drugu. Ključna strukturna razlika je između virusa koji imaju lipidno-dvoslojne membrane i onih kojima nedostaju – “omotani ” i “ bez ovojnice ”. Ove razlike odražavaju različite mehanizme ulaska u stanice i različite puteve sastavljanja i sazrijevanja. Virusi s ovojnicom ulaze fuzijom membrane, bilo iz unutarnjeg odjeljka nakon endocitnog koraka, bilo na površini stanice. Virusi bez ovojnice zahtijevaju neki oblik membranske perforacije ”. Da bi ti virusi prodrli u stanicu, veliki makromolekularni kompleks (bilo subviralna čestica ili samo virusni genom) mora prijeći staničnu membranu kako bi pristupio citosolu, a neki način lokalnog poremećaja membrane mora pratiti translokaciju. Proučavamo mehanizme fuzije i perforacije membrane, usmjeravajući našu pozornost trenutno na flaviviruse (osobito viruse dengue i Zapadnog Nila) i dvolančane RNA viruse (posebno rotavirus).

    Fuzija virusne membrane

    Fuzija membrane je termodinamički povoljna, ali općenito predstavlja visoku kinetičku barijeru. Fuzijski proteini snižavaju ovu barijeru i stoga su katalizatori za spajanje dva dvoslojna katalizatora "samoubojica" i "8221" u slučaju virusnih fuzijskih proteina. Osjetljiva mjerenja kinetike fuzije, poput pažljive analize kinetike enzima, mogu dati informacije o mehanizmu, ispitivanjem učinaka usmjerenih mutacija na stope, kooperativnost itd. Osmislili smo fuzijski test s jednim virusom i česticama za proučavanje fuzije na ovaj način i primijenili ga na virus gripe (Floyd i sur., 2008. Ivanović i sur., 2013. i 2015.) te na viruse Zapadnog Nila i denge (Chao i sur., 2014. i 2018). Naš stalni rad je pokušaj povezivanja krio-EM struktura regija s membranama interakcije proteina omotača flavivirusa sa koracima na putu fuzije i na kraju za temeljitiji razumijevanje mehanizma inhibicije fuzije inhibitorima malih molekula (Schmidt et al, 2012 Chao i sur., 2018.).

    Ulazak virusa bez ovojnice

    Glavni cilj našeg istraživanja strukture virusa je molekularni opis najranijih događaja koji su doveli do infekcije stanice: vezivanje, preuzimanje i prodiranje u citosol. Rotavirus, glavni uzročnik infektivnog proljeva u dojenčadi, posebno je prikladan virus bez ovojnice za izvođenje takvog "molekularnog filma"#8220. Koristili smo elektronsku kriomikroskopiju (s Nikolausom Grigorieffom, Brandeisom) za dobivanje atomskog modela za cijelu česticu rotavirusa, koristeći prednosti niza struktura visoke rezolucije (iz rentgenske kristalografije) pojedinih strukturnih proteina i fragmenata proteina netaknuta unutarnja čestica kapside. Strukturna analiza omogućila nam je da osmislimo pokuse pomoću snimanja živih stanica (s Tomasom Kirchhausenom, Dječjom bolnicom: Abdelhakim i sur., 2014. Salgado i sur., 2017. i 2018.) kako bismo pratili molekularne događaje tijekom preuzimanja i prodiranja virusa u stanice u kulturi . Naš stalni rad je pokušaj povezivanja konformacijskih promjena u komponentama čestica virusa, kako su definirane strukturama iz krio-EM i rendgenske kristalografije, sa fazama ulaska definiranim snimanjem živih stanica.


    Laboratoriji za kulturu virusa i stanica

    Odsjek za biološke znanosti održava potpuno opremljenu biološku ustanovu za rad sa životinjskim virusima i stanicama ili tkivom zaraženim takvim sredstvima. Laboratorij koji se nalazi na petom katu Crawford Halla sadrži tri nape za biološki opasne kulture tkiva, šest inkubatora kontroliranih atmosferom, kultivator centrifugiranja i mikroskope, uključujući sustave za mikroskopiju od 35 mm i Poloroid, kao i video zaslon. Osim toga, objekt sadrži potpunu prostoriju za pripremu koja uključuje hladnu sobu, zamrzivače, autoklav, centrifuge, vage i brojač Coulter ćelija. Cijeli laboratorij opremljen je ultraljubičastim svjetlima za sterilizaciju i održava se pod negativnim tlakom.

    Odjel također održava nekoliko najsuvremenijih, samostalnih objekata za staničnu kulturu u kojima se nalazi sva oprema potrebna za rast, održavanje i analizu stanica. Objekti imaju zasebne prostorije s laminarnim kapuljačama za sterilno rukovanje stanicama, kao i inkubatore za hodanje te nekoliko inkubatora za uzgoj stanica koji se kontroliraju atmosferom. Za analizu stanica dostupni su fazni kontrast, fluorescencija, standardni mikroskopi sa svijetlim poljem i brojači stanica. Za pripremu i skladištenje medija dostupni su visokopročišćeni dovod vode, hladne prostorije i zamrzivači. Modernu automatiziranu kuhinju za pranje posuđa i sterilizaciju održava stalno, obučeno osoblje.


    Ne, koronavirus nije napravljen u laboratoriju. Genetska analiza pokazuje da je to iz prirode

    Šuškalo se da je virus SARS-CoV-2 (viđen na ovoj slici transmisijskog elektronskog mikroskopa virusa izoliranog od američkog pacijenta), koji uzrokuje COVID-19, napravljen od strane čovjeka, ali su znanstvenici sada razotkrili tu teoriju.

    Podijeli ovo:

    Pandemija koronavirusa koja kruži svijetom uzrokovana je prirodnim virusom, a ne virusom napravljenim u laboratoriju, kaže nova studija.

    Genetski sastav virusa otkriva da SARS-CoV-2 nije zbrka poznatih virusa, što bi se moglo očekivati ​​da ih je napravio čovjek. I ima neobične značajke koje su tek nedavno identificirane u ljuskavim mravojedima zvanim pangolini, dokaz da je virus došao iz prirode, izvještavaju Kristian Andersen i njegovi kolege 17. ožujka Medicina prirode.

    Kad je Andersen, istraživač zaraznih bolesti sa Scripps Research Instituta u La Jolli u Kaliforniji, prvi put čuo da je koronavirus izazvao izbijanje u Kini, zapitao se odakle je virus došao. U početku su istraživači mislili da se virus širi ponovljenim infekcijama koje su skočile sa životinja na tržnici morskih plodova u kineskom Wuhanu na ljude, a zatim se prenijele s osobe na osobu. Analize drugih istraživača u međuvremenu sugeriraju da je virus vjerojatno samo jednom skočio sa životinje na osobu i da se od čovjeka do čovjeka prenio od sredine studenog (SN: 3/4/20).

    Prijavite se za ažuriranje e-pošte o najnovijim vijestima i istraživanjima o koronavirusu

    No, ubrzo nakon što je početkom siječnja otkriven genetski sastav virusa, počele su se pojavljivati ​​glasine da je virus možda konstruiran u laboratoriju i da je namjerno ili slučajno pušten.

    Nesretna slučajnost potaknula je teoretičare zavjere, kaže Robert Garry, virolog sa Sveučilišta Tulane u New Orleansu. Institut za virusologiju Wuhan "u neposrednoj je blizini" s tržištem morskih plodova i proveo je istraživanje o virusima, uključujući koronaviruse, koji se nalaze u šišmiša koji mogu izazvati bolesti kod ljudi. "To je navelo ljude na pomisao da je, o, pobjeglo i otišlo u kanalizaciju, ili je netko izašao iz svog laboratorija i otišao na tržnicu ili nešto slično", kaže Garry.

    Slučajno ispuštanje virusa, uključujući SARS, događalo se u prošlosti iz drugih laboratorija. Dakle, "ovo nije nešto što možete jednostavno odbaciti iz ruke", kaže Andersen. "To bi bilo glupo."

    Tražeći tragove

    Andersen je okupio tim evolucijskih biologa i virologa, uključujući Garryja, iz nekoliko zemalja kako bi analizirali virus kako bi pronašli tragove da je mogao biti napravljen od čovjeka ili je uzgojen i slučajno pušten iz laboratorija.

    "Rekli smo: 'Uzmimo ovu teoriju-za koju postoji više različitih verzija-da virus ima neprirodno podrijetlo ... kao ozbiljnu potencijalnu hipotezu", kaže Andersen.

    Susrećući se putem Slacka i drugih virtualnih portala, istraživači su analizirali genetski sastav virusa ili RNK slijed kako bi pronašli tragove o njegovu podrijetlu.

    Bilo je "gotovo preko noći" jasno da virus nije napravio čovjek, kaže Andersen. Svatko tko se nada da će stvoriti virus morao bi surađivati ​​s već poznatim virusima i inženjerirati ih kako bi imao željena svojstva.

    Novinarstvo od povjerenja ima svoju cijenu.

    Znanstvenici i novinari dijele temeljno uvjerenje u propitivanje, promatranje i provjeravanje kako bi se došlo do istine. Science News izvješća o ključnim istraživanjima i otkrićima u svim znanstvenim disciplinama. Za to nam je potrebna vaša financijska potpora - svaki doprinos čini razliku.

    No, virus SARS-CoV-2 ima komponente koje se razlikuju od prethodno poznatih virusa, pa su morale potjecati od nepoznatog virusa ili virusa u prirodi. "Genetski podaci nepobitno pokazuju da SARS-CoV-2 ne potječe iz prethodno korištene kralježnice virusa", pišu Andersen i kolege u studiji.

    “Ovo nije virus za koga bi netko zamislio i zajedno ga pobrkao. Ima previše različitih značajki, od kojih su neke kontraintuitivne ”, kaže Garry. "Ne biste to učinili da pokušavate napraviti smrtonosniji virus."

    S tim se slažu i drugi znanstvenici. "Ne vidimo apsolutno nikakve dokaze da je virus konstruiran ili namjerno pušten", kaže Emma Hodcroft, molekularna epidemiologinja sa Sveučilišta u Baselu u Švicarskoj. Ona nije bila dio Andersenove grupe, ali je član tima znanstvenika s Nextstrain.org koji prati male genetske promjene u koronavirusu kako bi saznali više o tome kako se širi svijetom.

    Taj nalaz opovrgava široko osporavanu analizu, objavljenu na bioRxiv.org prije stručnog pregleda, koja tvrdi da se u koronavirusu nalaze komadići HIV -a, kaže Hodcroft. Drugi znanstvenici brzo su ukazali na nedostatke u studiji, a autori su povukli izvješće, ali ne prije nego što je potaknulo ideju da je virus konstruiran.

    Neki dijelovi genetskog materijala virusa slični su HIV -u, ali to je nešto što proizlazi iz virusa koji imaju zajedničkog pretka tijekom evolucije, kaže Hodcroft. “U osnovi je njihova tvrdnja bila ista kao što sam uzeo kopiju Odiseja i govoreći: 'Oh, ovo ima riječ the u njoj ’, a zatim otvorio drugu knjigu, ugledavši riječ the u njemu i govoreći: 'O moj Bože, to je ista riječ, moraju postojati dijelovi Odiseja u ovoj drugoj knjizi ”, kaže ona. "To je bila doista pogrešna tvrdnja i jako loša znanost."

    Pronalaženje osobitih značajki

    Andersenova je skupina zatim krenula utvrditi je li virus mogao biti slučajno pušten iz laboratorija. To je stvarna mogućnost jer istraživači na mnogim mjestima rade s koronavirusima koji imaju potencijal zaraziti ljude, kaže on. "Stvari ponekad izlaze iz laboratorija, gotovo uvijek slučajno", kaže on.

    Nekoliko neočekivanih značajki virusa uhvatilo je istraživačeve oči, kaže Andersen. Konkretno, gen koji kodira šiljasti protein koronavirusa ima 12 dodatnih gradivnih blokova RNA ili nukleotida.

    Ovaj šiljasti protein izlazi s površine virusa i omogućuje virusu da se uhvati i uđe u ljudske stanice. To umetanje građevnih blokova RNA dodaje četiri aminokiseline proteinu šiljaka i stvara mjesto u proteinu za enzim koji se naziva furin za rezanje. Furin se proizvodi u ljudskim stanicama i cijepa proteine ​​samo na mjestima gdje se nalazi određena kombinacija aminokiselina, poput one nastale umetanjem. SARS i drugi virusi slični SARS-u nemaju ta mjesta rezanja.

    Pogledajte sve naše izvještaje o epidemiji koronavirusa

    Pronalazak mjesta za rezanje furina bilo je iznenađenje: "To je bio trenutak aha i uh-oh trenutak", kaže Garry. Kad virusi ptičje gripe steknu sposobnost rezanja furinom, virusi se često lakše prenose. Umetanjem su također stvorena mjesta na kojima bi se molekule šećera mogle pričvrstiti na proteinski šiljak, stvarajući štit za zaštitu virusa od imunološkog sustava.

    Proteinski šiljak virusa COVID-19 također se jače veže za protein na ljudskim stanicama zvan ACE2 nego SARS (SN: 10.3.20). Čvršće vezivanje može omogućiti SARS-CoV-2 da lakše inficira stanice. Zajedno, te značajke mogu objasniti zašto je COVID-19 tako zarazan (SN: 13.3.20).

    "Vrlo je osebujno, ove dvije značajke", kaže Andersen. “Kako objasniti kako je do toga došlo? Moram biti iskren. Bio sam skeptičan [da je to prirodno]. To se moglo dogoditi u kulturi tkiva ”u laboratoriju, gdje virusi mogu steći mutacije jer se mnogo puta repliciraju u laboratorijskim jelima. U prirodi bi virusi koji nose neke od tih mutacija mogli biti uklonjeni prirodnom selekcijom, ali bi mogli postojati u laboratorijskim jelima u kojima se čak ni slabi virusi ne moraju boriti za opstanak.

    Približavajući slučaj prirodi

    No, tada su istraživači usporedili SARS-CoV-2 s drugim koronavirusima koji su nedavno pronađeni u prirodi, uključujući šišmiše i pangoline. "Izgleda da bi SARS-CoV-2 mogao biti mješavina virusa šišmiša i pangolina", kaže Garry.

    Virusi, osobito RNA virusi poput koronavirusa, često mijenjaju gene u prirodi. Pronalaženje gena povezanih s virusima pangolina bilo je posebno ohrabrujuće jer genetski sastav tih virusa nije bio poznat sve do otkrića SARS-CoV-2, pa je malo vjerojatno da je netko radio s njima u laboratoriju, kaže on.

    Koronavirusi koji inficiraju pangoline dali su istraživačima važne naznake da je virus SARS-CoV-2 prirodan. 2630ben/iStock/Getty Images Plus

    Konkretno, pangolini također imaju aminokiseline koje uzrokuju čvrsto vezivanje proteina spike za ACE2, otkrio je tim. "Jasno je da se to može dogoditi u prirodi", kaže Andersen. “Mislio sam da je to vrlo važan mali trag. Pokazuje da nema zagonetke u vezi s njegovim čvršćim vezanjem za ljudski [protein] jer to rade i pangolini. "

    Mjesta pričvršćivanja šećera bili su još jedan trag da je virus prirodan, kaže Andersen. Šećeri stvaraju "mucinski štit" koji štiti virus od napada imunološkog sustava. No, jela iz laboratorijske kulture tkiva nemaju imunološki sustav, pa je malo vjerojatno da bi takva prilagodba nastala uzgojem virusa u laboratoriju. "To je nekako objasnilo hipotezu o kulturi tkiva", kaže on.

    Prijavite se za najnovije informacije od Science News

    Najnoviji naslovi i sažeci Science News članci, isporučeni u vašu pristiglu poštu

    Sličnost SARS-CoV-2 s virusima šišmiša i pangolina jedan je od najboljih dokaza da je virus prirodan, kaže Hodcroft. "Ovo je bilo samo još jedno prelijevanje životinja na ljude", kaže ona. "To je doista najjednostavnije objašnjenje onoga što vidimo." Istraživači još uvijek nisu sigurni koja je životinja izvor.

    Andersen kaže da analiza vjerojatno neće odložiti teorije zavjere. Ipak, smatra da je analizu bilo vrijedno napraviti. "I sam sam bio skeptičan u početku i stalno sam listao naprijed -nazad", kaže Andersen, ali sada je uvjeren. "Svi podaci pokazuju da je to prirodno."

    Pitanja ili komentari na ovaj članak? Pošaljite nam e-poruku na [email protected]

    Citati

    K. G. Andersen et al. Proksimalno podrijetlo SARS-CoV-2. Medicina prirode. Objavljeno na mreži 17. ožujka 2020. doi: 10.1038/s41591-020-0820-9.


    Bioraznolikost

    Fred Adler surađuje s Don Feenerom (Odjel za biologiju Sveučilišta Utah) kako bi smislio mehanizme pomoću kojih koegzistiraju vrste mrava koje u osnovi jedu iste stvari (adler_lebrun_feener2006). S Helene Muller-Landau, Fred Adler proširuje modele Janzen-Connell efekta kako bi razumio obrasce biološke raznolikosti u izrazito specifičnim ekosustavima (adler & mullerlandau2005). Ovaj rad kombinira proučavanje uloge kompromisa u održavanju raznolikosti (adler & mosquera2000, adler2006).

    Projekt rinovirusa započeo je kao istraživanje mehanizama prema kojima više od 100 različitih serotipova ovih virusa koegzistira u istom okruženju (ljudski nos, koppelman_adler2005). Razumijevanje će zahtijevati kombiniranje informacija o prijenosu i epidemiologiji (rinovirus uzrokuje većinu prehlada u jesen i proljeće, a ne zimi), imunologiju (rinovirusi prilično dobro izazivaju samo minimalnu razinu dugoročnog imuniteta) i mutaciju (poput ostalih RNA virusi, rinovirusi imaju iznimno visoku stopu mutacija i ogromnu veličinu populacije te na taj način istražuju više evolucijskog prostora od bilo kojeg drugog entiteta na planeti). Ova takozvana "kvazivrsta" evolucija poštuje prilično različita pravila od obične evolucije koja razumijemo od nas samih i voćnih mušica (OFallon: 2007: QES)


    Sintetička biologija mogla bi nas svima izazvati boginje

    Da biste ponovo vidjeli ovaj članak, posjetite Moj profil, a zatim Pogledajte spremljene priče.

    Nove metode olakšavaju nego ikad proizvodnju cjepiva za spašavanje života i viruse koji oduzimaju život i s kojima se čovječanstvo nije spremno boriti. Sinead Kennedy

    Da biste ponovo vidjeli ovaj članak, posjetite Moj profil, a zatim Pogledajte spremljene priče.

    Oko 11.30 sati 1. srpnja 2014., znanstvenik iz Uprave za hranu i lijekove ušao je u sobu 3C16, hladnjaču u Nacionalnom institutu za zdravstvene laboratorije u Bethesdi, Maryland.

    FDA je koristila prostor od ranih 1990 -ih za pohranu uzoraka za biološka istraživanja, ali ga je čistila pripremajući se za selidbu u obližnji kampus u Silver Springu.

    Znanstvenik koji je ušao ugledao je 12 tajanstvenih kartonskih kutija na prepunoj polici u krajnjem lijevom kutu skladišnog prostora i otvorio jednu da vidi što sadrži. Unutra je na desetke dugih bočica pakirano u role bijelog pamuka i zapečaćeno rastopljenim staklom. Mnoge su naljepnice bile istrošene do točke nečitljivosti. Znanstvenik je primijetio jednu posudu koja je držala neki labavi, liofilizirani materijal. Njegova oznaka nosila je jednu riječ koja se može dešifrirati: "variola", druga riječ za boginje-bolest koju je britanski povjesničar iz 19. stoljeća Thomas Babington Macaulay smatrao "najstrašnijim od svih ministara smrti".

    Vrlo zarazni virus širi se bliskim kontaktom, tjelesnim tekućinama ili kontaminiranim predmetima. Počinje poput vodenih kozica: Žrtva ima visoku temperaturu i sklona je povraćanju. Osip se razvija u ustima i brzo se širi po cijelom tijelu, poput sitnih klikera koji se guraju ispod kože. Oko 30 posto ljudi koji se zaraze virusom umire u roku od dva tjedna. Oni koji prežive često su ožiljci, zaslijepljeni ili unakaženi.

    Boginje su stoljećima harale svijetom. Tek je 1796. godine engleski liječnik Edward Jenner slavno otkrio kako okrenuti imunološki sustav protiv bolesti. Čak i tako, prošla su stoljeća da se cjepivo koje je stvorio u potpunosti primijeni. Boginje su ubile približno 500 milijuna ljudi u 19. i 20. stoljeću prije nego što je konačno iskorijenjeno u cijelom svijetu 1980. Ipak, ovdje u ovom pretrpanom laboratoriju u Marylandu nalazilo se šest zaboravljenih bočica strašnog boginje, uključujući najmanje dva živa uzorka koja su još uvijek sposobna rasti i zaraziti neizrecive mase.

    Tijekom dvogodišnje istrage o podrijetlu bočica, FDA je utvrdila da su datirane na 10. veljače 1954. No agencija nije mogla shvatiti kako su i zašto završili u hladnjači u NIH-u. Incident je pokrenuo državnu potragu za drugim opasnim materijalima koji su možda bili zanemareni i doveo je do revizije politike FDA-e o skladištenju zaraznih sredstava. 60-godišnji sojevi velikih boginja uništeni su pod nadzorom dužnosnika Svjetske zdravstvene organizacije.

    Postojanje bočica izazvalo je još jednu smrtonosnu mogućnost: mogu li se boginje vratiti? Da su ti uzorci ostavljeni, tko zna koliko bi drugih moglo ostati. SAD održava dovoljno cjepiva protiv velikih boginja da zaštiti svih 328 milijuna Amerikanaca. No, u desetljećima otkad je bolest iskorijenjena, znanstvenici su otkrili da je nekoliko skupina ljudi - oni s HIV -om, trudnice, novorođenčad i oni koji su među njima preživjeli rak - u opasnosti od komplikacija uzrokovanih cjepivom, poput upale srca i infekcija mozga . Vjerojatno bi se većini tih ljudi savjetovalo da izbjegavaju uzimanje lijeka, kao ni svima koji s njima dijele dom. S obzirom na ta značajna ograničenja, mnogi zdravstveni dužnosnici i istraživači vjeruju da postoji hitna potreba za boljim cjepivom protiv malih boginja.

    Ovu misiju posjeduje David Evans, veteran virolog sa Sveučilišta Alberta u Kanadi. Sin medicinskog službenika u britanskoj koloniji Sjeverna Rodezija (današnja Zambija), Evans je proučavao poksviruse više od 30 godina.

    Kao jedan od vodećih svjetskih stručnjaka za velike boginje, Evans vjeruje da je samo pitanje vremena kada će se bolest - ili jedan od njenih ružnih rođaka u obitelji boginja - ponovno pojaviti, oživjela je neprijateljska vlada, terorist ili amater biohacker pomoću uređivanja gena i komercijalno dostupnih fragmenata DNA.

    Ako se to dogodi, kaže, svijet mora biti spreman s najsigurnijim i najučinkovitijim cjepivom. Najbolji način da poboljšate cjepivo je da ga napravite iz samog virusa.

    Tako su prije dvije godine, u pokušaju Zdravo Marije u obrani od potencijalnih bioinžinjeriranih virusa, Evans i njegov znanstveni suradnik učinili nešto nezamislivo: oživjeli su izumrlog rođaka malih boginja zvanog konjske kozice, koristeći DNK narudžbe putem pošte.

    Frankensteinovski čin izazvao je bijes među međunarodnom znanstvenom zajednicom, koja je Evansa predstavila kao Waltera Whitea sintetičke biologije. Unatoč bijesu koji je izazvao, Evans ne žali. Bolje je da on prvi oživi ove smrtonosne sablasti, tvrdi virolog, nego netko s zlim namjerama. "Ništa neće spriječiti državnog aktera ili tehnički sofisticiranu zemlju koja odluči to učiniti", dodaje Evans, pa je bolje da se na to pripremite.

    Kad su boginje uklonjene prije gotovo 40 godina, nakon što su milijuni ljudi primili cjepivo u Africi, Aziji i Južnoj Americi, to je pozdravljeno kao jedno od najvećih postignuća u ljudskoj povijesti. U mračnom činu hladnoratovske diplomacije, posljednja dva uzorka velikih boginja pohranjena su za buduća proučavanja u Centrima za kontrolu i prevenciju bolesti u Atlanti i u Državnom istraživačkom centru za virusologiju i biotehnologiju u Sibiru. Od tada je Svjetska zdravstvena organizacija vodila evidenciju o uzorcima kako bi bila sigurna.

    Evans se 2001. godine pridružio znanstvenom savjetodavnom odboru WHO -a za male boginje. Mnogima u skupini cilj je bio da Rusija i SAD zauvijek unište te konačne uzorke malih boginja. “Nada i očekivanja”, kaže Evans, “bili su da će odbor reći:‘ Da, svi smo gotovi, bavili su se svim tim istraživačkim ciljevima. Možete ga zatvoriti i autoklavirati viruse. '”

    Sljedeće godine, međutim, eksperiment znanstvenika s Državnog sveučilišta u New Yorku u Stony Brooku sugerirao je da jednostavno uništavanje uzoraka možda neće biti dovoljno. 11. srpnja 2002. istraživači su otkrili da su sintetizirali virus dječje paralize, koji je izbrisan u SAD -u 1979. To je bio prvi put da je virus stvoren od nule sintetičkom DNK. Radove je djelomično financirao Pentagon kako bi se utvrdilo mogu li teroristi izvesti takav podvig. Odgovor je bio potvrdan. SUNY-jevim istraživačima trebalo je tri godine da zajedno spoje virus koristeći DNK i genetske sekvence naručene poštom iz internetske javne baze podataka. Iznenađujući uspjeh eksperimenta otvorio je mogućnost epohe biološkog rata u stilu kiberpank-a i mogućnost da se eksponencijalno smrtonosnija bolest, boginje, može skuhati u laboratoriju kroz znanost o sintetičkoj biologiji.

    Za Evansa je studija pokazala da se nijedan virus uistinu ne može smatrati izumrlim. "Rekao sam: 'Da, pa, na zidu je natpis za ljude koji se bave iskorjenjivanjem malih boginja", prisjeća se. Nakon oživljavanja dječje paralize, on je bio jedan od prvih koji je upozorio WHO na potencijalno oživljavanje malih boginja. No njegova su upozorenja pala na uši. Though Evans comes across as a measured scientist, his frustrations were mounting. He felt like Chicken Little and feared that action wouldn’t be taken until it was too late. “You know the way the world works,” he tells me. “It focuses on crises, right? It wasn’t a crisis.” Barem ne još.

    On a crisp falls day in September in Edmonton, Evans sits behind the desk of his cluttered office at the University of Alberta wearing a blue button-down shirt and khakis. He has wispy gray hair and small, round glasses. There’s a large microscope on his windowsill and shelves weighed down by thick books about viruses. Two stickers on his computer capture his natural skepticism—one reads “Really?” and the other “WTF?” (“I’m suspicious of reporters,” he tells me within the first few minutes of our meeting.)

    Buying samples of synthetic DNA is surprisingly easy. The trade is overseen by the International Gene Synthesis Consortium, an industry-­led group that works with government agencies to screen orders and buyers. But such oversight can’t prevent someone from purchasing hazardous DNA samples on the black market. A cursory search online brings up dozens of sources for samples from China, Germany, and beyond. China “is kind of notorious for having unregulated pharmaceutical companies, right?” Evans says. Chinese biohackers could “be quite capable of running an unregulated DNA synthesis company.”

    In June 2015, thanks in part to research by Evans and his colleagues into synthetic biology, public health advisers issued a report warning of smallpox’s potential return. “With the increasing availability of DNA fragments that can be synthesized from simple chemicals, it would be possible to ­re-create variola virus,” the report found, “and that could be done by a skilled laboratory technician or by undergraduate students working with viruses in a relatively simple laboratory.”

    The following year, the US national intelligence director at the time, James Clapper, cited bioengineered pandemics as one of his agencies’ biggest concerns the Worldwide Threat Assessment report added genome editing to its appraisal of current weapons of mass destruction and proliferation—alongside North Korea’s nukes, Syria’s chemical weapons, and Russia’s cruise missiles. As Bill Gates warned in 2017 at the Munich Security Conference, “the next epidemic could originate on the screen of a terrorist intent on using genetic engineering to create a synthetic version of the smallpox virus.”

    If that wasn't enough, a disturbing mystery emerged out of Russia. The Siberian Times reported in early 2017 that professor Ilya Drozdov, the 63-year-old micro­biologist who ran the state research facility where Russia’s sole smallpox sample is held, vanished from his hometown of Saratov in southwestern Russia. No further information has been made public. A WHO spokeswoman said it was not in the organization’s “mandate to confirm or deny the existence of an investigation.”

    David Evans raised alarms about the possibility of reviving poxviruses—and then revived one himself.

    For years, Evans had been urging his colleagues to upgrade their smallpox defenses. But it wasn’t until he met Seth Lederman that he found a like-minded scientist with the will and resources to do something about it. The CEO and cofounder of a New York company called Tonix Pharmaceuticals, Lederman was interested in funding research to develop biodefense technologies and drugs.

    Lederman shared Evans’ apprehension about the potential for a smallpox epidemic. “There’s an urgent need for a new vaccine,” he says. Smallpox vaccinations ended in 1978, meaning that the roughly 5 billion people worldwide under the age of 40 have not been inoculated.

    Lederman, a former associate professor of medicine at Columbia University, was prepared to commit his company to coming up with a solution. He was convinced that the secret to a better vaccine could be found in horsepox, a lesser-known cousin of smallpox. Horsepox isn’t known to be harmful to humans, but its genetic makeup is closely related to smallpox. In theory, the closer one can get to a virus’s origins, the more effective the vaccine that can be derived.

    Evans was intrigued. But the Centers for Disease Control maintains a single sample of horsepox, extracted from an infected horse in Mongolia in 1976, and Evans said it was unlikely he would be able to use the sample for commercial purposes. There was another option for getting their hands on some horsepox, Evans told Lederman: They could ­re-create the virus from scratch using synthetic DNA, similar to the way researchers had synthesized polio a decade earlier. The horsepox genome sequence had been published by researchers in 2006, offering up a road map for the virus’s revival.

    Evans didn’t know if he could succeed. Despite his Cassandra warnings, no one had ever engineered a virus in the smallpox family. Lederman decided the attempt was worth the gamble. He offered Evans’ lab $200,000 to try to bring horsepox back to life.

    When I ask Evans if he had any doubts about ­re-creating a cousin of smallpox, he hesitates. “You do think about that,” he says, “I don’t like controversy.” He had seen what had happened when polio was synthesized and had spoken with those researchers. Evans accepted that many would not agree with his choice. But he also believed, emphatically, that people already knew how to create such a virus–it was just that no one had achieved it yet. This was his chance, then, to prove that a synthetic version of a poxvirus was not only conceivable but a looming reality. “As long as people kept debating whether it was possible,” Evans notes, “nothing was ever going to be done about it.” It was time to put those questions to rest.

    In 2016, with approval from the University of Alberta’s biosafety office, Evans purchased 10 DNA fragments from GeneArt, a DNA synthesis company based in Regensburg, Germany. The synthetic DNA, which arrived by FedEx as vaporized powder, was harmless. “If you wanted to, you could eat it,” Evans says, “My guess is that it would have a fizzy tang, like Pop Rocks.”

    How worried should we be about warring countries or terrorists turning synthetic viruses, bacteria, and microbes into bioweapons? For some doomsday scenarios—the creation of, say, a wholly manufactured monster mashup of bad viruses—the answer is not very. But there is still plenty to freak out about. Last year, the US Department of Defense commissioned a report from bio­security and synthetic biology experts to assess the threats. Here are some of their most urgent warnings, ranked by concern level. —SARASWATI RATHOD

    REVIVED VIRUSES (HIGHEST): A bioterrorist, armed with basic lab equipment and online databases filled with genetic blueprints for deadly viruses, could conceivably re-create a fatal disease like smallpox or the Spanish flu. Illnesses with relatively small genomes, like polio, are easier to resurrect than more genetically complex diseases like smallpox or herpes.

    MICROBIOME INTERLOPERS (HIGHEST): Microorganisms inhabit our guts, mouths, and skin and help us in many ways. A rogue microbe slipped into the mix could, in theory, cause our good bugs to produce harmful chemicals. In practice, this would be really hard to do, but the novelty of this technique put it on the list of top concerns.

    SOUPED-UP BACTERIA (HIGHEST): Because their genomes are more stable, bacteria tend to be easier to modify than viruses. While you might not be able to get the building blocks for a deadly pathogen (like the one that causes anthrax) from a mail-order genetics company, you could modify a more benign bacterium to make it resistant to antibiotics or able to produce more toxins.

    MUTATED VIRUSES (HIGH): Introducing mutations into a virus’s genome almost always leads to a gentler form of the bug. That’s how a vaccine for measles was created. But scary stuff could also be made. In 2014, researchers found that just five mutations could transform an avian flu into an airborne virus—making it far more likely to spread (at least among ferrets).

    MODIFIED IMMUNE SYSTEMS (MEDIUM): It might be possible to develop and deliver a specially engineered virus or chemical capable of suppressing the body’s defenses or turning them against it. However, the human immune system is highly complex, and we still don’t fully understand it, making manipulation difficult.

    The arduous job of assembling the horsepox genome fell to Evans’ research associate, a young microbiologist named Ryan Noyce. Noyce wears his dark hair short and favors socks that read “Get shit done.” Like Evans, he has devoted his career to studying the nuances of viruses.

    Building a virus from scratch is like assembling Lego blocks. A decade ago, Evans had improved on a process that uses a “helper virus”—another form of a pox­virus—to kick-start the replication of DNA. In this case, once the helper virus started growing inside a cell, Noyce would use pipettes to introduce a solution containing the horsepox DNA. “You’re laying down a piece here, a piece here,” Evans says, “mortaring them together.” The fragments affix to each other using an enzyme called DNA ligase, which acts as a kind of glue. If the DNA fragments are introduced into a cell in the right way, under just the right conditions, they’ll join together through a natural biological process and hopefully grow into a virus.

    Noyce had to get every step of the process exactly right, from the sequence of the fragments to the timing of their insertion into the cell. If any part of the chain fails, the entire process falls apart. “It takes a tremendous amount of planning and timing and design work,” Evans explains.

    Every weekday morning at 7:30, Noyce crossed the University of Alberta campus to reach Evans’ dimly lit lab. He’d don his long white lab coat, then spend 10 hours moving between his computer and a microscope, stitching DNA fragments together based on horsepox’s previously published genome sequence.

    One day, after 18 months of meticulous work in the lab, Noyce looked through his microscope and saw it: a clearing of cells infected with the horsepox virus. He’d successfully re-­created a poxvirus. But the rush of excitement was quickly tempered by the realization of what of was to come. Noyce believed that if they could help develop better vaccines, that “would outweigh the potential negatives” of reviving a pox. But given the history of the virus, Evans says, “We knew that there was going to be controversy.”

    The trio published their findings in the scientific journal PLOS One in January 2018—and the blowback was swift and brutal. Critics accused Evans and Noyce of opening a Pandora’s box that could send humanity back to the dark ages of disease. Washington Post’s editorial board wrote that “the study could give terrorists or rogue states a recipe to reconstitute the smallpox virus.” Tom Inglesby, director of the Center for Health Security at the Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health, denounced the research on National Public Radio: “Anything that lowers the bar for creating smallpox in the world is a dangerous path.” Gregory Koblentz, director of the biodefense program at George Mason University, warned in the journal Health Security that the synthesis of horsepox “takes the world one step closer to the reemergence of smallpox as a threat to global health security.”

    The PLOS One paper also triggered calls for tighter regulation. Elizabeth Cameron, vice president of global biological policy and programs for the Nuclear Threat Initiative, a nonprofit that works to prevent attacks by weapons of mass destruction, issued an ominous warning that “the capability to create and modify biological agents is outpacing governmental oversight and public debate.”

    Evans still bristles over the criticism, which he feels missed the point. “One of the very irritating things on the reporting on our work was the idea that somehow it was so easy,” he says. “No it’s not. Ryan busted butt to make this.” For now, synthesizing a virus, as Evans and Noyce have, requires a high level of expertise. But while such a feat may be difficult to achieve, even Evans admits that “you make it more accessible to people simply by letting them know it can be done.”

    The research paper seemed to spur the federal government to shore up its defenses against the threat that someone could create and unleash a synthetic virus. In June, the US National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine released a 231-page study warning that even existing viruses like the common flu could be tweaked in a lab to evade immune responses and resist therapeutics (see sidebar). Several efforts are now underway to better assess potential threats before it’s too late.

    Darpa has launched an initiative called Safe Genes to protect service members from the accidental or intentional misuse of genome-editing technologies. The agency is trying to develop military tools to both counter and reverse the effects of synthetically created bioweapons. The Office of the Director of National Intelligence has announced its own initiative to find better methods for detecting and evaluating synthetic bioweapons. The system is designed to prevent rogue actors from getting their hands on the building blocks needed to make a dangerous virus.

    To make better screening tools, the government enlisted Ginkgo Bioworks, a biotech startup founded by a group of MIT PhDs. Based in an old Army warehouse along Boston Harbor, Ginkgo’s main business is making custom microbes for use in everything from sustainable agriculture to perfumes. But with its government contracts, the biotech company helped build an algorithm that can recognize any genetic sequence on the “threat list” of potentially harmful viruses and bacteria. The software—a literal antivirus program—would be voluntarily installed on the servers of every company that synthesizes DNA. It’s like a wanted list for genetic riffraff. “If somebody tries to synthesize horsepox, alarm bells go off,” says Patrick Boyle, Ginkgo’s 34-year-old head of codebase. At that point, the DNA company can ask questions of the buyer and, if warranted, deny the sale.

    Of course, even these automated checks can’t prevent determined buyers from obtaining samples through less scrupulous vendors on the black market. As with computer viruses, new strains appear from the ether before society is aware they exist. The same is true for trying to keep ahead of potentially lethal synthetic DNA.

    The scientists at Ginkgo never expected to be policing the DNA trade. But as tools like Crispr allow for cheaper and easier creation of new biological organisms, technology is quickly surpassing enforcement measures. In 20 years, Boyle predicts, it will be possible to synthesize smallpox from home. He likens this moment to the early days of computing, when the concept of computer viruses was still new: “If I was working for the US government, I would have wanted to fund an effort in antivirus software in 1975,” he says. “That’s exactly the thinking we’re doing now,” but with synthetic biological viruses.

    At this uncertain juncture, synthetic biology is entering new territory. It’s only a matter of time before others with the skill and wherewithal follow Evans and Noyce’s lead and replicate other viruses. Although not all viruses are deadly, scientists and bioengineers are in a race to predict and defend against new threats. There’s no telling when a manufactured disease will become a reality. If that occurs, the culprit might be a lab-trained terrorist or a basement biohacker, a bumbling grad student or a Russian microbiologist on the lam.


    COVID-19 / SARS-CoV-2 Resources

    The ongoing COVID-19 pandemic caused by SARS-CoV-2 is rapidly escalating emergency. To gain insights into the emergence, spread, transmission, and evolution of the virus, we are working with a large number of public health agencies, hospitals, biotechs, and academic partners. With funding from the CDC and NIH, we are sequencing hundreds of samples a week and all the data are made publicly available every week.

    In response to the emergence of new variants of SARS-CoV-2, we have made several visualization tools to make the genomic data more useful to the public, scientists, and outbreak responders. Some of our primary tools include:


    AAV Biology


    One area of interest of our lab is the biology of adeno-associated virus (AAV). Adeno-associated virus is a small, non-pathogenic virus that shows great promise as a vector for gene therapy applications. AAV is a non-enveloped virus of the family Parvoviridae with a single-stranded DNA genome and an icosahedral capsid composed of the structural proteins VP1, VP2, and VP3. A particularly attractive feature of AAV is that — at least in “postmitotic” tissues such as the liver and the heart — AAV transduction results in the persistent expression of the target gene even in the absence of genome integration.

    Our lab is interested in understanding the cellular mechanisms that underlie the cell and tissue specificity of AAV. The different AAV serotypes can transduce several cell types and tissues, the precise nature of which depends on the specific serotype. These serotype-specific expression patterns can be explained only partially by variations in receptor densities in different tissues and cell types. In contrast, it is likely that other cellular barriers are playing a role in these differences. Our goal is to improve our understanding of the cellular roadblocks that prevent the efficient transduction of certain cell types.

    Our recent work in this area has concentrated on two aspect of the infectious entry of AAV, namely the mechanism of endocytosis and the subsequent trafficking of AAV to the perinuclear area of the cell.

    Mechanism of Endocytosis of AAV.

    It has been reported in the past that AAV, at least serotype 2, is endocytosed via clathrin mediated endocytosis. However, our own research in this area has demonstrated that clathrin mediated endocytosis is likely not a major entry pathway for AAV that leads to successful transduction of a cell. Instead, we demonstrated that AAV is the first virus to be shown to enter the cell through the so-called CLIC/GEEC (Clathrin Jandependent Carrier/GPI-Anchored-Protein-Enriched Endosomal Compartment) pathway (Nonnenmacher and Weber, 2011). The CLIC/GEEC pathway is an as yet poorly understood endocytic entry mechanism that is used by several bacterial toxins, including cholera toxin, to enter the cell.

    Interestingly, however, AAV can also enter the cells through a second pathway that is dependent on the GTPase dynamin, which is known to play a role in several endocytic mechanisms, including clathrin mediated endocytosis. Intriguingly, when the dynamin-dependent endocytosis of AAV is blocked by pharmacologically inhibiting dynamin activity with dynasore, AAV still can accumulate in the perinuclear region, where it accumulates in the absence of any drugs. On the other hand, when CLIC/GEEC mediated endocytosis is blocked with the amiloride analog EIPA, AAV remains in vesicles dispersed throughout the cytoplasm (Nonnenmacher and Weber, 2011).

    These results and other data indicate that to be able to transduce a cell, AAV must reach the perinuclear region and, more specifically, the Golgi to transduce successfully a cells (Nonnenmacher and Weber, 2011).

    Trafficking from the Cell Periphery to the Golgi

    It has been proposed that AAV travels from the cell periphery to the perinuclear area through either the late endosomes (LE) or the recycling endosomes (RE). Our recent investigations, using a combination of siRNAs and small molecule inhibitors that target canonical LE and RE dependent pathways, showed that AAV uses a non-canonical endosome to Golgi pathway that depends on the tSNARE syntaxin 5 (Nonnenmacher et al., 2015)

    Strikingly, siRNA-mediated knock-down of syntaxin 5 reduces transduction by most serotypes. Moreover, remarkably, Retro 2, an inhibitor of syntaxin 5 function, drastically reduces transduction of most cell types by most AAV serotypes (Nonnenmacher et al., 2015).

    The fact that most, if not all, serotypes use the same endocytic mechanism and share the same trafficking pathway to the Golgi raises an obvious question: If receptor distribution does not fully explain tissue and cell type tropism and the endocytic and trafficking patterns are the same what, then, determines the tropism of the AAV serotypes?

    We believe that a better understanding of the endocytic pathways and intracellular trafficking patterns used by AAVs will ultimately help us and others in designing novel AAV variants with specific cell and tissue tropism.


    Gledaj video: जवक वयरस. Important biological virus MCQ GK (Svibanj 2022).