В анатомическом музее, среди старинных медицинских экспонатов, ученые выявили признаки вирусной инфекции, затронувшей жительницу Лондона около 250 лет назад. Специалистам удалось реконструировать геном этого вируса. По их словам, это самый древний геном РНК-содержащего вируса человека, восстановленный на данный момент. Полученные данные дадут возможность провести молекулярное сравнение древнего штамма с современными вирусами, установить их эволюционные взаимосвязи и, при необходимости, определить, какие еще инфекции присутствовали одновременно.
Ученые давно научились извлекать ДНК древних бактерий и вирусов, извлеченная из костей и зубов людей, живших тысячи лет назад. Этот материал позволяет проводить генетический анализ находят в скелетах возрастом до 50 тысяч лет. Например, сообщалось о находках генетических фрагментов вируса в костях неандертальцев. Но с риновирусами, вызывающими острые респираторные вирусные инфекции (ОРВИ), а также с вирусами гриппа или кори все иначе. Их геном состоит не из ДНК, а из РНК.
РНК (рибонуклеиновая кислота) — рНК — это биологическая макромолекула, являющаяся линейным полимером, образованным последовательностью нуклеотидов. В клетке она выполняет важные функции: передает генетическую информацию от ДНК, принимает участие в создании белков и контролирует активность генов.
В отличие от ДНК, РНК в обычных условиях разрушается быстрее: в течение нескольких часов или суток после наступления смерти. РНК подвергается быстрому разрушению под воздействием комплекса ферментов ( нуклеаз) и химических реакций. Тем не менее, при наличии подходящих факторов, таких как низкая температура, её стабильность может быть значительно увеличена.
Долгое время ученые считали, по мнению некоторых ученых, вероятность обнаружения древних РНК-вирусов крайне мала. Однако в последнее время эта точка зрения претерпела изменения. Специалисты разработали методики, позволяющие выделять древнюю РНК из образцов, сохранившихся в исключительно хороших условиях, таких как ткани мамонтов, найденных во вечной мерзлоте и возраст которых составляет 40 тысяч лет. Но что касается обычных больниц и моргах прошлых лет, где условия хранения существенно отличались от сибирских морозов?
С конца XIX — начала XX века для поддержания целостности ткани применяли формалин – химический раствор, фиксирующий клетки и структуры образца, делая их более плотными и препятствуя их разложению. Тем не менее, формалин взаимодействует с молекулами, содержащимися в ткани, включая белки и нуклеиновые кислоты, что негативно сказывается на качестве РНК и ДНК. Как следствие, выделение и анализ этих молекул значительно усложняются.
Команда ученых во главе с Эрин Барнетт ( Erin Barnett) группа ученых из Онкологического исследовательского центра Фреда Хатчинсона в США предприняла попытку изучить старинные европейские анатомические коллекции, созданные до появления формалина, в надежде обнаружить подходящий для исследований биологический материал.
Благодаря проведенным поискам удалось найти ценные образцы в Хантеровском анатомическом музее, расположенном при Университете Глазго в Шотландии. В музее хранились фрагменты легочной ткани от двух человек. Эти образцы выделялись из других коллекций методом их сохранения: вместо использования формалина, ткани были законсервированы в спирте.
Первый образец был получен из захоронения жительницы Лондона, умершей в 1770-х годах. Второй образец принадлежал индивидууму, пол которого определить не удалось, и скончавшемуся в 1877 году. Согласно медицинским документам того периода, у обоих пациентов были отмечены признаки простудных заболеваний.
Барнетт и ее соавторы одновременно провели экстракцию древней ДНК и РНК из обоих образцов. Извлеченная РНК продемонстрировала высокую степень фрагментации: преобладали очень короткие фрагменты, длиной всего 20-30 нуклеотидов. Восстановление генома потребовало сборки сложного «паззла» из тысяч мельчайших фрагментов генетической информации с использованием биоинформатических подходов.
Несмотря на то, что работа велась с трудом, ученым удалось восстановить геном РНК-вируса человека, обнаруженного в образце ткани легкого женщины, жившей в XVIII веке. В настоящее время это самый древний геном РНК-вируса человека, который удалось реконструировать.
Одновременно исследователи получили подтверждения того, что в момент ухода из жизни ее тело продолжало сопротивляться вредоносным бактериям: пневмококку (Streptococcus pneumoniae), гемофильной палочке (Haemophilus influenzae) и моракселле (Moraxella catarrhalis) — это типичный комплекс микроорганизмов, вызывающих респираторные заболевания как верхних, так и нижних дыхательных путей.
После секвенирования генома РНК-содержащего вируса, исследователи провели его сопоставление с информацией, хранящейся в базе данных Национальных институтов здравоохранения США, содержащей сведения о миллионах современных вирусов из разных уголков планеты. Это позволило установить степень родства и определить таксономическую группу. Результаты филогенетического анализа выявили, что вирус, обнаруженный в образцах XVIII века, относится к группе риновирусов Human Rhinovirus A. Однако, он не является непосредственным предком современных штаммов, а представляет собой вымершую линию эволюции, эволюционный тупик.
«Сопоставив древний геном с современными базами данных последовательностей, мы выявили его генетическую схожесть с современным генотипом A19 и предположили, что их общий предок существовал в период с XVI по XVII века», — пояснила Барнетт.
Авторы исследования утверждают, что их находка предоставит уникальную возможность отслеживать изменения риновирусов в течение многих веков.
Результаты исследования представлены на сайте препринтов по биологии bioRxiv.