Исследования, проведенные американскими учеными, продемонстрировали, что РНК коронавируса SARS-CoV-2 подвергается обратной транскрипции, интегрируется в геном зараженной клетки и проявляется в виде «химерных» транскриптов, сочетающих вирусные и клеточные последовательности.
У значительной части людей, перенесших Covid-19, РНК коронавируса продолжает выявляться даже спустя недели или месяцы после выздоровления. Несмотря на возможность повторного заражения SARS-CoV-2, это не применимо к таким пациентам: в их образцах не обнаруживается живой вирус, и некоторые исследования подтвердили наличие подобных ложноположительных результатов ПЦР-тестов, даже в период их изоляции.
Ответ на поставленный вопрос предлагают исследователи из Института биомедицинских исследований Уайтхеда, Национального института рака и Массачусетского технологического института (США). Их работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Исследования продемонстрировали, что генетический материал РНК-вируса SARS-CoV-2 способен встраиваться в геном клетки-хозяина посредством обратной транскрипции. После этого эти фрагменты генома транскрибируются в РНК и обнаруживаются с помощью ПЦР-тестирования.
Вирус, вызывающий Covid-19, не единственный патоген, способный интегрироваться в геном человека: приблизительно восемь процентов нашей ДНК сформировано из фрагментов древних вирусов. Некоторые из них, известные как ретровирусы, используют интеграцию в ДНК для своего размножения. Как пояснил первый автор исследования Лигуо Чжан, работающий в Институте Уайтхеда, «SARS-CoV-2 не является ретровирусом, поэтому для репликации ему не требуется обратная транскрипция. Тем не менее, последовательности РНК-вирусов, не относящиеся к ретровирусам, были выявлены в геномах множества позвоночных, в том числе и человека».
Для проверки выдвинутой гипотезы исследователи провели лабораторный эксперимент: они инфицировали клетки человека коронавирусом и через два дня выполнили секвенирование их ДНК, чтобы выявить наличие генетического материала возбудителя. Для повышения надежности результатов применяли три различных метода секвенирования. Во всех исследованных образцах был обнаружен генетический материал вируса, однако ни один из них не содержал достаточного количества фрагментов для репликации SARS-CoV-2. Затем ученые изучили ДНК, окружающую небольшие участки вирусной последовательности, чтобы определить механизм их попадания.
В этих окружающих последовательностях были обнаружены признаки, указывающие на наличие ретротранспозонов — генетических элементов, способных к самовоспроизведению в геноме. Данные компоненты представляют собой тип генетической структуры, которая посредством обратной транскрипции (преобразования РНК в ДНК) копирует и вставляет себя в различные участки генома, что и определяет их как транспозоны. Транспозоны, известные также как «прыгающие гены», являются областями ДНК, способными к перемещению внутри генома. Они часто активируются в периоды сильного стресса, при развитии раковых заболеваний или в процессе старения, и рассматриваются как значимые факторы, вызывающие генетические изменения.
В человеческом геноме широко распространен транспозон LINE1, который включает в себя мощный механизм разрезания ДНК и обратную транскриптазу – фермент, создающий молекулы ДНК на основе РНК-матрицы (например, РНК коронавируса). Исследователи подчеркивают, что интеграция LINE1 имеет характерные признаки: на границе вирусной последовательности и клеточной ДНК происходит дупликация участка, состоящего из 20 пар оснований. Другим признаком, указывающим на интеграцию, опосредованную LINE1, является последовательность эндонуклеазы LINE1. Эти особенности были обнаружены почти в 70 процентах ДНК, содержащих вирусные последовательности, однако не во всех случаях: вероятно, вирусная РНК может встраиваться в клеточную ДНК с использованием нескольких различных механизмов.
Анализ опубликованных наборов данных по транскриптомам РНК, полученных из различных образцов, включая выборки пациентов с коронавирусной инфекцией, позволил исследователям установить, какая часть генов транскрибируется в клетках этих пациентов и содержит вирусные последовательности, предположительно происходящие из интегрированных вирусных копий. Выявленный процент отличался в зависимости от образца, но в некоторых случаях значительная доля вирусных транскриптов, по всей видимости, была получена из вирусного генетического материала, встроенного в геном.
Исследователи не ограничились подсчетом транскриптов, содержащих вирусный материал, но и анализировали направление их считывания. При наличии активных вирусов или существующих вирусных РНК в клетке, следовало ожидать, что большинство транскриптов будут считываться в правильной ориентации для изученных последовательностей (в инфицированных клетках, выращенных в лабораторных условиях, этот показатель превышал 99 процентов). Однако, если бы транскрипты были результатом случайной интеграции вируса в геном, возникло бы разделение: половина последовательностей читалась бы в прямом направлении, а другая — в обратном, относительно генов хозяина. Именно такое распределение было зафиксировано авторами исследования в образцах, взятых у некоторых пациентов.
Для точного определения распространенности этого явления в реальных условиях требуется больше информации. Скорее всего, вирусная интеграция затрагивает лишь отдельные клетки человека. Если рассмотреть другой РНК-вирус, который встраивается в геном клетки-хозяина, то встроенная ДНК патогена будет обнаружена лишь в 0,001-0,01 процента инфицированных клеток. Частота интеграции SARS-CoV-2 у людей на данный момент не установлена. По словам ученых, доля клеток, в которые происходит интеграция, может быть незначительной. Однако, даже если это происходит редко, миллионы людей уже переболели?»