Maklumat

Perbezaan antara RNA virus dan asli

Perbezaan antara RNA virus dan asli


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.

Saya seorang saintis data dengan benar-benar tiada latihan dalam mikrobiologi. Saya harap anda semua akan memaafkan kejahilan saya untuk melayan soalan-soalan ini. Perhatian yang diterima oleh COVID-19 baru-baru ini membuatkan saya berfikir: Apakah perbezaan asas antara RNA virus dan RNA asli kepada sel tertentu?

Apa yang saya maksudkan ialah, kita sering diberitahu di sekolah bahawa virus merampas kemudahan pembuatan protein sel untuk menyatakan bahan genetik mereka sendiri. Sel menghasilkan begitu banyak protein virus sehingga akhirnya lisis (sebagai contoh). Tetapi apakah yang menyebabkan sel menghasilkan begitu banyak protein virus? Bagaimanakah sel tidak menghasilkan terlalu banyak protein daripada DNA sel sendiri?

Saya mengesyaki jawapannya datang kepada kekurangan peraturan gen untuk RNA virus. Tetapi adakah setiap gen yang berasal dari sel benar-benar tertakluk kepada beberapa jenis peraturan? Jika ya, adakah bahaya sebenar virus yang mereka tidak mempunyai sebarang jenis peraturan? Maka itu nampaknya perkara yang agak mudah untuk dikesan-sekurang-kurangnya secara teori. Dalam erti kata lain, sel, atau saintis boleh melabelkan urutan RNA sebagai berbahaya hanya kerana ia tidak dikawal, tidak kira sama ada ia berasal dari virus.

Soalan kedua ialah, kita diberitahu bahawa protein virus itu berkumpul sendiri dan membungkus salinan RNA virus secara kebetulan. Bukankah ini nampaknya tidak mungkin? Adakah komponen virus itu benar-benar terdapat di mana-mana di dalam sel sehingga virus itu akan terhimpun sendiri termasuk semua komponen yang diperlukan dalam sebahagian besar masa? Saya mengesyaki untuk ini berlaku, RNA virus itu perlu disalin berkali-kali supaya ia boleh didapati dengan banyak. Kemudian ia kembali kepada soalan yang sama seperti di atas. Adakah RNA virus unik kerana ia disalin selama-lamanya?


Tiada perbezaan asas antara RNA virus dan dan RNA selular asli selain daripada urutan asas RNA di dalamnya. Perbezaan urutan tidak jelas secara biokimia dalam RNA, hanya dalam produk protein yang dihasilkan daripada RNA.

Kawal selia RNA asli dilakukan dalam pelbagai cara (tiada apa-apa dalam sel direka; semuanya ad hoc, jadi sebarang kejadian rawak boleh ditubuhkan). Peraturan asli adalah penting, jika tidak, pengeluaran lari akan berlaku yang membawa kepada kematian sel atau kanser.

Kebanyakan, jika bukan kebanyakan, peraturan asli dilakukan dengan mengawal selia transkripsi DNA ke dalam RNA. Sebaik sahaja RNA berada dalam sitosol, sedikit peraturan lanjut dilakukan, jadi RNA virus dalam sitosol mempunyai larian kilang protein selular. Tetapi sekurang-kurangnya beberapa virus telah memperoleh kelebihan selanjutnya yang membantu RNA mereka mengatasi mRNA asli untuk penggunaan jentera protein (lihat, cth., Merampas radas terjemahan oleh virus RNA)

Oleh itu, bukanlah sesuatu yang mudah untuk "melabelkan urutan RNA sebagai berbahaya hanya kerana ia tidak dikawal" kerana julat luas RNA normal dalam sitosol tidak menyediakan asas untuk menentukan sama ada ada yang "tidak terkawal" dan sel tidak boleh dilindungi dengan cara itu.

Pemasangan sendiri meluas dalam fungsi selular biasa serta dalam pengeluaran virus. Molekul-molekul yang terlibat mempunyai mata menarik yang telah lama diasah untuk molekul pasangan mereka, dan dalam sup molekul sel yang bergoyang-goyang molekul-molekul itu tidak lama lagi boleh bertembung antara satu sama lain dan bergabung. Terima kasih kepada pengeluaran virus yang tidak terkawal, zarah virus baharu mempunyai banyak molekul komponen yang tersedia untuk pemasangan ini.


(Jika anda tertanya-tanya saya menyiarkan dua jawapan, ini kerana siaran q ini bertanya dua soalan dalam satu.)

Berkenaan isu pemasangan sendiri virus… mengkajinya sememangnya menjadi isu yang mencabar. Terdapat kertas PNAS (2019) baru-baru ini mengenai perkara itu:

Walaupun berdekad-dekad kajian, bagaimana kapsid dipasang sendiri masih menjadi misteri, kerana tiada kaedah untuk mengukur kinetik pemasangan kapsid individu. Kami mengatasi halangan ini menggunakan teknik mikroskopi sensitif berdasarkan interferometri laser. Pengukuran menunjukkan bahawa nukleus kecil protein mesti terbentuk pada RNA virus sebelum kapsid berkumpul.

Gambaran keseluruhan ukuran. (A) Model struktur kapsid MS2 (ID PDB: 2ms2) menunjukkan saiznya yang kecil dan struktur T=3. Konfigurasi 2 kot-protein dimer ditunjukkan dalam warna kelabu dan ungu. (B) Kami menyuntik larutan dimer yang belum dipasang di atas slip penutup yang mana untaian RNA MS2 ditambat oleh pautan DNA. Apabila dimer mengikat RNA, zarah yang terhasil menyerakkan cahaya. Zarah-zarah kelihatan sebagai bintik-bintik gelap yang terhad difraksi kerana gangguan yang merosakkan antara cahaya yang tersebar dan sinar rujukan. (C) Kami memantau banyak tempat sedemikian secara selari. Ditunjukkan ialah imej biasa medan pandangan, diambil 126 saat selepas menambahkan dimer 2-μM dan mewakili purata 1,000 bingkai yang diambil pada 1,000 bingkai sesaat. (D) Keamatan setiap titik adalah berkadar dengan bilangan protein terikat dalam setiap zarah dan perubahan dalam keamatan sebagai fungsi masa mendedahkan kinetik pemasangan setiap zarah. Semakin gelap tempat itu, semakin besar keamatannya. (D, Atas) Siri masa imej untuk tempat berkotak dalam C. (D, Bawah) Surih keamatan untuk tempat yang sama menggunakan purata 1,000 bingkai. Kami membincangkan hubungan antara keamatan dan bilangan protein terikat, serta cara kami mengira keamatan titik, dalam Bahan dan Kaedah dan Lampiran SI.

Beberapa video juga disiarkan dalam Tambahan.

Dan sedikit lagi mengenai dinamik yang diperhatikan:

Kami mendapati bahawa "masa pertumbuhan," masa yang diperlukan untuk zarah mencapai saiz kapsid lengkap selepas ia nukleus, berbeza dari zarah ke zarah, antara 30 hingga lebih 200 s (Rajah 2A dan Lampiran SI, Rajah. S1). Daripada zarah yang tumbuh menjadi kapsid lengkap, sesetengahnya tumbuh pada kadar yang tetap, yang lain perlahan apabila ia menghampiri penyiapan, dan yang lain mengandungi jeda perantaraan yang berpanjangan sehingga 25 s (Rajah 2A dan Lampiran SI, Rajah S1). Walaupun terdapat perbezaan ini, pada dasarnya semua kesan adalah monotonik, dengan sedikit atau tiada langkah pembongkaran yang boleh diperhatikan.

Jadi ya, agak menarik, kapsid virus hanya membina dan membina sendiri; walaupun ia mengambil masa "rehat makan tengah hari", ia tidak menjadi masalah untuk membalikkan kemajuan binaan dengan cara yang ketara.

Mod kegagalan proses pemasangan sendiri ini sebenarnya berkaitan dengan membina/menarik "terlalu banyak barangan", atau dua (atau lebih) RNA virus yang terjerat oleh serpihan protein biasa yang kedua-duanya (semua) tarik. Pada asasnya terlalu banyak kepadatan bahan binaan boleh membawa kepada masalah…

Masa pertumbuhan juga berkurangan dengan peningkatan kepekatan protein, tetapi kurang cepat daripada masa nukleasi (Rajah 4A) [di bawah]. Oleh itu, kami menyimpulkan bahawa RNA, yang menggalakkan nukleasi pada kepekatan protein yang rendah, mewujudkan persaingan antara nukleasi dan pertumbuhan yang boleh membawa kepada struktur yang terlalu besar pada kepekatan yang lebih tinggi, seperti yang dilakarkan dalam Rajah 4B. Laluan ini memberikan penjelasan yang mungkin untuk struktur "raksasa" (5) dan "multiplet" (19) yang diperhatikan dengan virus RNA lain.


Saya kebanyakannya bersetuju dengan mgkrebbs (+1), tetapi ambil perhatian bahawa walaupun virus secara amnya mempunyai beberapa jenis subunit replika RNA (RdRP) untuk membantu mereka, viroid benar-benar kekurangan itu, namun berjaya membiak:

Walaupun virus RNA mengekod subunit kompleks enzimatik (replika RNA) yang memangkinkan permulaan dan pemanjangan helai RNA virus, viroid mesti bergantung pada langkah replikasi ini pada polimerase RNA hos sedia ada. Pada dasarnya, calon terbaik ialah polimerase RNA yang bergantung kepada RNA, yang kewujudannya dalam tumbuhan telah diketahui sejak sekian lama. Walau bagaimanapun, viroid tidak menggunakan enzim ini untuk replikasi mereka, tetapi polimerase RNA yang bergantung kepada DNA diarahkan untuk menerima templat RNA.

Perkara yang paling dekat dengan viroid pada manusia ialah Hepatitis D. Sehingga tahun lepas, ia dianggap kebanyakannya adalah penyakit manusia, tetapi tinjauan 2019 mendapati bahawa analog HepD agak meluas dalam invertebrata, ikan, ular dll.

Virus adalah "lebih jahat" daripada viroid dalam hal replikasi kerana

Virus RNA untaian positif mereplikasi dengan menggunakan polimerase RNA yang bergantung kepada RNA (RdRP) yang dikodkan secara virus yang menyediakan fungsi replikasi RNA-ke-RNA langsung yang tidak ditemui dalam sel hos.

Beberapa penyelidikan baru-baru ini menunjukkan bahawa RdRP telah hilang secara bebas dalam banyak klad haiwan. Ironinya, peranan RdRP hos (bekas) ini [kemungkinan besar] menyediakan mekanisme anti-virus melalui pembungkaman RNA (lihat [bahagian] di bawah untuk butiran), tetapi evolusi telah menyediakan mekanisme hos alternatif untuk menghasilkan yang sama.

Walaupun mungkin untuk mengenali [teras] RdRP virus dalam perisian, tidak jelas/tidak diketahui cara untuk menterjemah ini ke dalam strategi anti-virus umum, setakat yang saya tahu, disebabkan variasinya yang agak besar. (Secara umumnya tidak mencukupi untuk mengetahui urutan genetik yang mengekodkan RdRP bagi sesetengah virus untuk menyaring ubat-ubatan perencat untuknya; selain itu seseorang mesti mengetahui struktur kristal kompleks RdRP untuk virus itu.)


Jika anda ingin tahu tentang pertahanan anti-virus "intra-sel" (iaitu berasaskan RNA)… terdapat mekanisme seperti itu, tetapi jauh lebih rumit (iaitu yang anda cadangkan), sebaliknya berdasarkan pembungkaman RNA:

Dalam imuniti antivirus berasaskan RNA eukariotik, RNA untai dua virus diiktiraf sebagai corak molekul yang berkaitan dengan patogen dan diproses menjadi RNA kecil yang mengganggu (siRNA) oleh hos ribonuclease Dicer. Selepas penguatan oleh polimerase RNA yang bergantung kepada RNA hos dalam beberapa kes, siRNA yang berasal dari virus ini membimbing imuniti antivirus tertentu melalui gangguan RNA dan mekanisme efektor pembungkaman RNA yang berkaitan.

Langkah-langkah utama dalam imuniti antivirus berasaskan RNA yang disebabkan dalam Drosophila melanogaster oleh jangkitan virus RNA untaian positif seperti virus rumah kawanan. Berikutan kemasukan dan pembongkaran virion virus rumah kawanan (FHV), RNA untai positif genom ((+) RNA) berfungsi sebagai kedua-dua mRNA untuk terjemahan polimerase RNA (RdRP) yang bergantung kepada RNA virus dan sebagai templat untuk sintesis RNA untai negatif antigenomik ((-)RNA). Pengeluaran keutamaan (+)RNA oleh RdRP virus dicapai dengan berbilang pusingan permulaan sintesis RNA dari hujung 3′ RNA yang banyak rendah (-). RNA untai dua kali (dsRNA) yang terhasil yang terbentuk antara RNA keturunan (+) 5ʹ-terminal dan templat RNA (-) diiktiraf oleh Dicer 2 (DCR2) dan dibelah menjadi RNA kecil yang mengganggu (siRNA), dengan itu mencetuskan RNA- imuniti antivirus berasaskan. SiRNA virus dipasang dengan Argonaute 2 (AGO2) ke dalam kompleks pembungkaman yang disebabkan oleh RNA (RISC), dimetilasi pada hujung 3′ (digambarkan oleh bulatan hitam) oleh HEN1 dan digunakan untuk membimbing pelepasan spesifik RNA FHV. Sebagai pertahanan balas, FHV mengekodkan penindas virus pembungkaman RNA, protein B2, yang menyasarkan dua langkah dalam laluan imun ini: perencatan pengeluaran siRNA virus dengan mengikat RdRP virus dan prekursor dsRNA virus, dan penyerapan siRNA virus oleh siRNA dupleks mengikat. Loqs-PD, loquacious-isoform PD.

Dan ya, RdRP virus (bahagian paling penting dalam mesin penyalin sendiri yang mereka bawa) ialah sasaran dadah yang penting, mis.

CoVs menggunakan mesin replikasi/transkripsi berbilang subunit. Satu set protein bukan struktur (nsp) yang dihasilkan sebagai produk belahan poliprotein virus ORF1a dan ORF1ab (5) terhimpun untuk memudahkan replikasi dan transkripsi virus. Komponen utama, polimerase RNA yang bergantung kepada RNA (RdRp, juga dikenali sebagai nsp12), memangkinkan sintesis RNA virus dan dengan itu memainkan peranan penting dalam kitaran replikasi dan transkripsi virus COVID-19, mungkin dengan bantuan nsp7 dan nsp8 sebagai faktor bersama (6). Oleh itu, Nsp12 dianggap sebagai sasaran utama untuk perencat antiviral analog nukleotida seperti remdesivir, yang menunjukkan potensi untuk rawatan jangkitan virus COVID-19 (7, 8). […]

Keberkesanan analog nukleotida penamat rantai memerlukan RdRps virus untuk mengenali dan berjaya menggabungkan bentuk aktif perencat ke dalam untaian RNA yang semakin meningkat.

Jadi, walaupun tidak begitu mudah untuk mengesan/melawan virus seperti yang anda cadangkan, beberapa strategi penyasaran replikasi melibatkan sama ada "menyumbat mesin penyalin (RdRP) mereka sendiri dengan bahagian palsu" (seperti yang dilakukan remdesivir) atau menghasilkan [mudah-mudahan] sebanyak "salinan pembatalan" yang mungkin, yang mana jentera penyenyap RNA sebenarnya menggunakan bahagian daripada salinan virus itu sendiri.


Perbandingan dan penilaian kaedah kuantifikasi RNA menggunakan RNA virus, prokariotik dan eukariotik dalam julat kepekatan 10(4)

Kuantifikasi RNA adalah penting untuk pelbagai kajian biologi molekul. Dalam kerja ini, tiga kaedah kuantifikasi telah dinilai: penyerapan ultraungu (UV), elektroforesis mikrokapilari (MCE), dan kuantifikasi berasaskan pendarfluor. RNA virus, bakteria dan eukariotik diukur dalam julat 500 hingga 0.05-ng mikrol(-1) melalui spektrofotometer (UV) ND-1000, kit Agilent RNA 6000 (MCE), dan ujian RiboGreen Quant-iT (pendarfluor). Ketepatan dan ketepatan setiap kaedah telah dinilai dan dibandingkan dengan kepekatan yang diperoleh secara bebas menggunakan spektroskopi pelepasan plasma-optik (ICP-OES) yang digabungkan secara induktif. Kos, masa dan kemahiran pengendali, dan jumlah sampel yang diperlukan juga dipertimbangkan dalam penilaian. Keputusan menunjukkan julat kepekatan yang ideal untuk setiap teknik kuantifikasi untuk mengoptimumkan ketepatan dan ketepatan. Spektrofotometer ND-1000 mempamerkan ketepatan tinggi dan mengukur sampel 1-mikrol dengan tepat dalam julat 500 hingga 5-ng mikrol(-1). Ujian RiboGreen Quant-iT menunjukkan ketepatan tinggi dalam julat 1 hingga 0.05-ng mikrol(-1) tetapi terhad kepada kepekatan RNA yang lebih rendah dan lebih mahal daripada spektrofotometer ND-1000. Kit Agilent mempamerkan ketepatan yang kurang daripada spektrofotometer ND-1000 dan ujian RiboGreen Quant-iT dalam julat 500 hingga 0.05-ng mikrol(-1). Walau bagaimanapun, kit Agilent memerlukan 1 mikrol sampel dan boleh menentukan integriti RNA, ciri berguna untuk mengesahkan sama ada proses pengasingan berjaya.


Populasi virus tidak berkembang melalui pembahagian sel kerana ia bukan sel. Sebaliknya, mereka menggunakan jentera dan metabolisme sel perumah untuk menghasilkan salinan baru diri mereka sendiri. Selepas menjangkiti sel perumah, virion menggunakan sel&rsquos ribosom, enzim, ATP dan komponen lain untuk mereplikasi. Virus berbeza dalam cara mereka melakukan ini. Sebagai contoh:

  • Sesetengah virus RNA diterjemahkan terus ke dalam protein virus dalam ribosom sel perumah. Ribosom hos merawat RNA virus seolah-olah ia adalah mRNA tuan rumah sendiri.
  • Sesetengah virus DNA mula-mula ditranskripsikan dalam sel perumah ke dalam mRNA virus. Kemudian mRNA virus diterjemahkan oleh ribosom sel perumah kepada protein virus.

Dalam kedua-dua kes, protein virus yang baru dibuat berkumpul untuk membentuk virion baharu. Virion kemudiannya boleh mengarahkan pengeluaran enzim yang memecahkan dinding sel perumah. Ini membolehkan virion meletup keluar dari sel. Sel perumah dimusnahkan dalam proses itu. Zarah virus yang baru dikeluarkan bebas menjangkiti sel perumah yang lain.

Replikasi Virus RNA

An virus RNA adalah virus yang mempunyai RNA sebagai bahan genetiknya. Asid nukleik mereka biasanya RNA untai tunggal, tetapi mungkin RNA untai dua. Virus RNA patogenik manusia yang penting termasuk virus Severe Acute Respiratory Syndrome (SARS), virus Influenza dan virus Hepatitis C. Virus RNA haiwan boleh diletakkan ke dalam kumpulan yang berbeza bergantung pada jenis replikasinya.

  • Sesetengah virus RNA menggunakan genomnya secara langsung seolah-olah ia adalah mRNA. RNA virus diterjemahkan terus ke dalam protein virus baru selepas jangkitan oleh virus.
  • Sesetengah virus RNA membawa enzim yang membenarkan genom RNA mereka bertindak sebagai templat untuk sel perumah kepada mRNA virus.
  • Retrovirus menggunakan perantaraan DNA untuk mereplikasi. Transkripase terbalik, enzim virus yang datang daripada virus itu sendiri, menukarkan RNA virus kepada untaian DNA pelengkap, yang disalin untuk menghasilkan molekul DNA virus untai berganda. DNA virus ini kemudiannya ditranskripsi dan diterjemahkan oleh jentera perumah, mengarahkan pembentukan virion baru. Transkripsi biasa melibatkan sintesis RNA daripada DNA maka, transkripsi terbalik ialah terbalik daripada proses ini. Ini adalah pengecualian kepada dogma pusat biologi molekul.

Replikasi Virus DNA

A virus DNA ialah virus yang mempunyai DNA sebagai bahan genetiknya dan mereplikasi menggunakan polimerase DNA yang bergantung kepada DNA. Asid nukleik biasanya DNA untai dua tetapi mungkin juga DNA untai tunggal. DNA virus DNA ditranskripsikan ke dalam mRNA oleh sel perumah. MRNA virus kemudiannya diterjemahkan ke dalam protein virus. Protein virus ini kemudiannya berkumpul untuk membentuk zarah virus baru.

Virus Pentranskripsi Terbalik

A virus transkripsi terbalik ialah sebarang virus yang mereplikasi menggunakan transkripsi terbalik, pembentukan DNA daripada templat RNA. Sesetengah virus transkripsi terbalik mempunyai genom yang diperbuat daripada RNA untai tunggal dan menggunakan perantaraan DNA untuk mereplikasi. Orang lain dalam kumpulan ini mempunyai genom yang mempunyai DNA untai dua dan menggunakan perantaraan RNA semasa replikasi genom. Retrovirus, seperti yang dinyatakan di atas, termasuk dalam kumpulan ini, di mana HIV adalah ahli. Sesetengah virus DNA untai dua mereplikasi menggunakan transkripase terbalik. Virus hepatitis B adalah salah satu daripada virus ini.

Bakteriofaj

Bakteriofaj adalah virus yang menjangkiti bakteria. Mereka mengikat molekul reseptor permukaan sel bakteria dan kemudian genom mereka memasuki sel. Kot protein tidak memasuki bakteria. Dalam masa yang singkat, dalam beberapa kes, hanya beberapa minit, polimerase bakteria mula menterjemah mRNA virus kepada protein. Protein ini terus menjadi sama ada virion baru dalam sel, protein penolong yang membantu pemasangan virion baru, atau protein yang terlibat dalam lisis sel. Enzim virus membantu dalam pemecahan membran sel. Dengan beberapa faj, hanya lebih dua puluh minit selepas faj menjangkiti bakteria, lebih tiga ratus faj boleh dipasang dan dilepaskan daripada perumah.


Kandungan

Penyediaan perpustakaan Edit

Langkah-langkah umum untuk menyediakan perpustakaan DNA pelengkap (cDNA) untuk penjujukan diterangkan di bawah, tetapi selalunya berbeza-beza antara platform. [8] [3] [9]

  1. Pengasingan RNA:RNA diasingkan daripada tisu dan bercampur dengan deoxyribonuclease (DNase). DNase mengurangkan jumlah DNA genom. Jumlah degradasi RNA diperiksa dengan elektroforesis gel dan kapilari dan digunakan untuk memberikan nombor integriti RNA kepada sampel. Kualiti RNA ini dan jumlah keseluruhan RNA permulaan diambil kira semasa langkah penyediaan perpustakaan, penjujukan dan analisis seterusnya.
  1. Pemilihan/penipisan RNA: Untuk menganalisis isyarat yang diminati, RNA terpencil sama ada boleh disimpan seperti sedia ada, ditapis untuk RNA dengan ekor 3' polyadenylated (poli(A)) untuk memasukkan hanya mRNA, kehabisan RNA ribosom (rRNA), dan/atau ditapis untuk RNA yang mengikat urutan tertentu (Kaedah pemilihan dan pengurangan RNA jadual, di bawah). RNA dengan ekor poli(A) 3' terutamanya terdiri daripada jujukan pengekodan matang, diproses. Pemilihan Poli(A) dilakukan dengan mencampurkan RNA dengan oligomer poli(T) yang dilekatkan secara kovalen pada substrat, biasanya manik magnet. [10][11] Pemilihan Poli(A) mempunyai batasan penting dalam pengesanan biotaip RNA. Banyak biotaip RNA tidak poliadenilasi, termasuk banyak RNA bukan pengekodan dan transkrip protein teras histon, atau dikawal melalui panjang ekor poli(A) mereka (cth., sitokin) dan oleh itu mungkin tidak dapat dikesan selepas pemilihan poli(A). [12] Tambahan pula, pemilihan poli(A) boleh meningkatkan bias 3', terutamanya dengan RNA kualiti yang lebih rendah. [13][14] Had ini boleh dielakkan dengan pengurangan ribosom, mengeluarkan rRNA yang biasanya mewakili lebih 90% RNA dalam sel. Kedua-dua langkah pengayaan poli(A) dan penyusutan ribosom adalah intensif buruh dan boleh menimbulkan berat sebelah, jadi pendekatan yang lebih mudah telah dibangunkan untuk mengetepikan langkah-langkah ini. [15] Sasaran RNA kecil, seperti miRNA, boleh diasingkan lagi melalui pemilihan saiz dengan gel pengecualian, manik magnet, atau kit komersial.
  1. sintesis cDNA: RNA ditranskripsi terbalik kepada cDNA kerana DNA lebih stabil dan membolehkan penguatan (yang menggunakan polimerase DNA) dan memanfaatkan teknologi penjujukan DNA yang lebih matang. Penguatan selepas transkripsi terbalik mengakibatkan kehilangan keterkandasan, yang boleh dielakkan dengan pelabelan kimia atau penjujukan molekul tunggal. Pecahan dan pemilihan saiz dilakukan untuk memurnikan jujukan yang merupakan panjang yang sesuai untuk mesin jujukan. RNA, cDNA, atau kedua-duanya berpecah-belah dengan enzim, sonikasi atau nebulizer. Pecahan RNA mengurangkan bias 5' bagi transkripsi terbalik primed secara rawak dan pengaruh tapak pengikat primer, [11] dengan kelemahan bahawa hujung 5' dan 3' ditukar kepada DNA dengan kurang cekap. Pecahan diikuti dengan pemilihan saiz, di mana sama ada jujukan kecil dialih keluar atau julat panjang jujukan yang ketat dipilih. Kerana RNA kecil seperti miRNA hilang, ini dianalisis secara bebas. CDNA untuk setiap percubaan boleh diindeks dengan kod bar heksamer atau oktamer, supaya eksperimen ini boleh dikumpulkan ke dalam satu lorong untuk penjujukan berganda.

Penjujukan DNA pelengkap (cDNA-Seq) Edit

Pustaka cDNA yang diperoleh daripada biotaip RNA kemudiannya disusun mengikut format yang boleh dibaca komputer. Terdapat banyak teknologi penjujukan pemprosesan tinggi untuk penjujukan cDNA termasuk platform yang dibangunkan oleh Illumina, Thermo Fisher, BGI/MGI, PacBio dan Oxford Nanopore Technologies. [16] Untuk penjujukan bacaan pendek Illumina, teknologi biasa untuk penjujukan cDNA, penyesuai diikat pada cDNA, DNA dilekatkan pada sel aliran, kluster dijana melalui kitaran penguatan dan pendenaturan jambatan, dan urutan demi sintesis adalah dilakukan dalam kitaran sintesis untaian pelengkap dan pengujaan laser asas dengan penamat boleh balik. Pilihan dan parameter platform penjujukan dipandu oleh reka bentuk dan kos percubaan. Pertimbangan reka bentuk eksperimen yang biasa termasuk menentukan panjang penjujukan, kedalaman penjujukan, penggunaan penjujukan tunggal lawan hujung berpasangan, bilangan replika, pemultipleksan, rawak dan pancang. [17]

Penjujukan RNA RNA/bukan pengekodan kecil Edit

Apabila menyusun RNA selain mRNA, penyediaan perpustakaan diubah suai. RNA selular dipilih berdasarkan julat saiz yang dikehendaki. Untuk sasaran RNA kecil, seperti miRNA, RNA diasingkan melalui pemilihan saiz. Ini boleh dilakukan dengan gel pengecualian saiz, melalui manik magnet pilihan saiz, atau dengan kit yang dibangunkan secara komersial. Setelah diasingkan, penghubung ditambah pada hujung 3' dan 5' kemudian disucikan. Langkah terakhir ialah penjanaan cDNA melalui transkripsi terbalik.

Penjujukan RNA langsung Edit

Oleh kerana menukar RNA kepada cDNA, ligation, amplifikasi, dan manipulasi sampel lain telah ditunjukkan untuk memperkenalkan bias dan artifak yang mungkin mengganggu kedua-dua pencirian dan kuantifikasi transkrip yang betul, [18] penjujukan RNA langsung molekul tunggal telah diterokai oleh syarikat termasuk Helicos (bankrap), Oxford Nanopore Technologies, [19] dan lain-lain. Teknologi ini menyusun molekul RNA secara langsung secara selari secara besar-besaran.

Penjujukan RNA masa nyata molekul tunggal Edit

Molekul tunggal selari secara besar-besaran RNA-Seq telah diterokai sebagai alternatif kepada RNA-Seq tradisional, di mana penukaran RNA-ke-cDNA, pengikatan, amplifikasi dan langkah manipulasi sampel lain mungkin memperkenalkan bias dan artifak. [20] Platform teknologi yang melakukan RNA-Seq masa nyata molekul tunggal termasuk penjujukan Nanopore Oxford Nanopore Technologies (ONT), [19] PacBio IsoSeq, dan Helicos (bankrap). Penjujukan RNA dalam bentuk asalnya mengekalkan pengubahsuaian seperti metilasi, membolehkan mereka disiasat secara langsung dan serentak. [19] Satu lagi faedah molekul tunggal RNA-Seq ialah transkrip boleh diliputi dengan panjang penuh, membolehkan pengesanan dan kuantifikasi isoform berkeyakinan lebih tinggi berbanding dengan penjujukan bacaan pendek. Secara tradisinya, kaedah RNA-Seq molekul tunggal mempunyai kadar ralat yang lebih tinggi berbanding dengan penjujukan bacaan pendek, tetapi kaedah yang lebih baru seperti ralat had RNA-Seq langsung ONT dengan mengelakkan pemecahan dan penukaran cDNA. Penggunaan terkini ONT direct RNA-Seq untuk ekspresi pembezaan dalam populasi sel manusia telah menunjukkan bahawa teknologi ini boleh mengatasi banyak batasan penjujukan cDNA pendek dan panjang. [21]

Penjujukan RNA sel tunggal (scRNA-Seq) Edit

Kaedah standard seperti microarrays dan analisis RNA-Seq pukal standard menganalisis ekspresi RNA daripada populasi sel yang besar. Dalam populasi sel bercampur, ukuran ini mungkin mengaburkan perbezaan kritikal antara sel individu dalam populasi ini. [22] [23]

Penjujukan RNA sel tunggal (scRNA-Seq) menyediakan profil ekspresi sel individu. Walaupun tidak mungkin untuk mendapatkan maklumat lengkap tentang setiap RNA yang dinyatakan oleh setiap sel, disebabkan oleh jumlah bahan yang tersedia, corak ekspresi gen boleh dikenal pasti melalui analisis pengelompokan gen. Ini boleh mendedahkan kewujudan jenis sel yang jarang ditemui dalam populasi sel yang mungkin tidak pernah dilihat sebelum ini. Sebagai contoh, sel khusus yang jarang ditemui dalam paru-paru yang dipanggil ionosit pulmonari yang mengekspresikan Pengawal Selia Konduktans Transmembrane Cystic Fibrosis telah dikenal pasti pada 2018 oleh dua kumpulan yang melakukan scRNA-Seq pada epithelia saluran udara paru-paru. [24] [25]

Prosedur eksperimen Edit

Protokol scRNA-Seq semasa melibatkan langkah berikut: pengasingan sel tunggal dan RNA, transkripsi terbalik (RT), amplifikasi, penjanaan perpustakaan dan penjujukan. Sel tunggal sama ada dipisahkan secara mekanikal kepada microwell (cth., BD Rhapsody, Takara ICELL8, Vycap Puncher Platform atau CellMicrosystems CellRaft) atau dikapsulkan dalam titisan (cth., 10x Genomics Chromium, Illumina Bio-Rad ddSEQ, 1CellBio InDrop, 1CellBio InDrop). [26] Sel tunggal dilabelkan dengan menambahkan manik dengan oligonukleotida berkod bar kedua-dua sel dan manik dibekalkan dalam jumlah terhad supaya penghunian bersama dengan berbilang sel dan manik adalah kejadian yang sangat jarang berlaku. Setelah transkripsi terbalik selesai, cDNA daripada banyak sel boleh dicampur bersama untuk penjujukan transkrip daripada sel tertentu dikenal pasti oleh kod bar unik setiap sel. [27] [28] Pengecam molekul unik (UMI) boleh dilampirkan pada jujukan sasaran mRNA/cDNA untuk membantu mengenal pasti artifak semasa penyediaan perpustakaan. [29]

Cabaran untuk scRNA-Seq termasuk memelihara kelimpahan relatif awal mRNA dalam sel dan mengenal pasti transkrip yang jarang berlaku. [30] Langkah transkripsi terbalik adalah kritikal kerana kecekapan tindak balas RT menentukan berapa banyak populasi RNA sel akhirnya akan dianalisis oleh penjujukan. Proses transkripase terbalik dan strategi penyebuan yang digunakan boleh menjejaskan pengeluaran cDNA penuh dan penjanaan perpustakaan yang berat sebelah ke arah hujung 3' atau 5' gen.

Dalam langkah penguatan, sama ada PCR atau transkripsi in vitro (IVT) kini digunakan untuk menguatkan cDNA. Salah satu kelebihan kaedah berasaskan PCR ialah keupayaan untuk menjana cDNA penuh. Walau bagaimanapun, kecekapan PCR yang berbeza pada jujukan tertentu (contohnya, kandungan GC dan struktur snapback) juga boleh dikuatkan secara eksponen, menghasilkan perpustakaan dengan liputan yang tidak sekata. Sebaliknya, sementara perpustakaan yang dijana oleh IVT boleh mengelakkan bias jujukan yang disebabkan oleh PCR, jujukan tertentu mungkin ditranskripsi dengan tidak cekap, sekali gus menyebabkan keciciran jujukan atau menghasilkan jujukan yang tidak lengkap. [31] [22] Beberapa protokol scRNA-Seq telah diterbitkan: Tang et al., [32] STRT, [33] SMART-seq, [34] CEL-seq, [35] RAGE-seq, [36] Kuarza -seq [37] dan C1-CAGE. [38] Protokol ini berbeza dari segi strategi untuk transkripsi terbalik, sintesis dan amplifikasi cDNA, dan kemungkinan untuk menampung kod bar khusus jujukan (iaitu UMI) atau keupayaan untuk memproses sampel terkumpul. [39]

Pada 2017, dua pendekatan telah diperkenalkan untuk mengukur secara serentak mRNA sel tunggal dan ekspresi protein melalui antibodi berlabel oligonukleotida yang dikenali sebagai REAP-seq, [40] dan CITE-seq. [41]

Edit Aplikasi

scRNA-Seq semakin digunakan secara meluas merentasi disiplin biologi termasuk Pembangunan, Neurologi, [42] Onkologi, [43] [44] [45] Penyakit autoimun, [46] dan Penyakit Berjangkit. [47]

scRNA-Seq telah memberikan gambaran yang luas tentang perkembangan embrio dan organisma, termasuk cacing Caenorhabditis elegans, [48] dan planarian regeneratif Schmidtea mediterranea. [49] [50] Haiwan vertebrata pertama yang dipetakan dengan cara ini ialah Zebrafish [51] [52] dan Xenopus laevis. [53] Dalam setiap kes beberapa peringkat embrio telah dikaji, membenarkan keseluruhan proses pembangunan dipetakan berdasarkan sel demi sel. [8] Sains mengiktiraf kemajuan ini sebagai Penerobosan Tahun 2018. [54]

Pertimbangan percubaan Edit

Pelbagai parameter dipertimbangkan semasa mereka bentuk dan menjalankan eksperimen RNA-Seq:

  • Kekhususan tisu: Ekspresi gen berbeza-beza di dalam dan di antara tisu, dan RNA-Seq mengukur campuran jenis sel ini. Ini mungkin menyukarkan untuk mengasingkan mekanisme biologi yang diminati. Penjujukan sel tunggal boleh digunakan untuk mengkaji setiap sel secara individu, mengurangkan isu ini.
  • Pergantungan masa: Ekspresi gen berubah dari semasa ke semasa, dan RNA-Seq hanya mengambil gambar. Eksperimen kursus masa boleh dilakukan untuk melihat perubahan dalam transkrip.
  • Liputan (juga dikenali sebagai kedalaman): RNA mempunyai mutasi yang sama yang diperhatikan dalam DNA, dan pengesanan memerlukan liputan yang lebih mendalam. Dengan liputan yang cukup tinggi, RNA-Seq boleh digunakan untuk menganggarkan ekspresi setiap alel. Ini mungkin memberikan cerapan tentang fenomena seperti kesan cetakan atau cis-regulatory. Kedalaman penjujukan yang diperlukan untuk aplikasi tertentu boleh diekstrapolasi daripada percubaan perintis. [55]
  • Artifak penjanaan data (juga dikenali sebagai varians teknikal): Reagen (cth., kit penyediaan perpustakaan), kakitangan yang terlibat, dan jenis penjujukan (cth., Illumina, Pacific Biosciences) boleh menghasilkan artifak teknikal yang mungkin disalahtafsirkan sebagai hasil yang bermakna. Seperti mana-mana eksperimen saintifik, adalah bijak untuk menjalankan RNA-Seq dalam persekitaran yang dikawal dengan baik. Jika ini tidak dapat dilakukan atau kajian adalah meta-analisis, penyelesaian lain adalah untuk mengesan artifak teknikal dengan membuat kesimpulan pembolehubah pendam (biasanya analisis komponen utama atau analisis faktor) dan seterusnya membetulkan pembolehubah ini. [56]
  • Pengurusan Data: Eksperimen RNA-Seq tunggal pada manusia biasanya 1-5 Gb (dimampatkan), atau lebih apabila menyertakan fail perantaraan. [57] Jumlah data yang besar ini boleh menimbulkan masalah penyimpanan. Satu penyelesaian ialah memampatkan data menggunakan skema pengiraan pelbagai guna (mis., gzip) atau skema khusus genomik. Yang terakhir boleh berdasarkan urutan rujukan atau de novo. Penyelesaian lain ialah melakukan eksperimen microarray, yang mungkin mencukupi untuk kerja berasaskan hipotesis atau kajian replikasi (berbanding dengan penyelidikan penerokaan).

Perhimpunan transkriptom Edit

Dua kaedah digunakan untuk menetapkan bacaan urutan mentah kepada ciri genomik (iaitu, memasang transkrip):

  • De novo: Pendekatan ini tidak memerlukan genom rujukan untuk membina semula transkrip, dan biasanya digunakan jika genom tidak diketahui, tidak lengkap, atau banyak diubah berbanding rujukan. [58] Cabaran apabila menggunakan bacaan pendek untuk perhimpunan de novo termasuk 1) menentukan bacaan yang harus dicantumkan menjadi jujukan bersebelahan (contigs), 2) keteguhan kepada ralat penjujukan dan artifak lain, dan 3) kecekapan pengiraan. Algoritma utama yang digunakan untuk pemasangan de novo beralih daripada graf bertindih, yang mengenal pasti semua pertindihan mengikut pasangan antara bacaan, kepada graf de Bruijn, yang memecahkan bacaan kepada urutan panjang k dan meruntuhkan semua k-mer ke dalam jadual cincang. [59] Graf bertindih digunakan dengan penjujukan Sanger, tetapi tidak menskalakan dengan baik kepada jutaan bacaan yang dijana dengan RNA-Seq. Contoh pemasang yang menggunakan graf de Bruijn ialah Trinity, [58] Oases [60] (berasal daripada penghimpun genom Velvet[61] ), Bridger, [62] dan rnaSPAdes. [63] Urutan akhir berpasangan dan bacaan panjang bagi sampel yang sama boleh mengurangkan defisit dalam jujukan bacaan pendek dengan berfungsi sebagai templat atau rangka. Metrik untuk menilai kualiti perhimpunan de novo termasuk panjang contig median, bilangan contig dan N50. [64]
  • Genom dipandu: Pendekatan ini bergantung pada kaedah yang sama yang digunakan untuk penjajaran DNA, dengan kerumitan tambahan penjajaran bacaan yang meliputi bahagian genom rujukan yang tidak berterusan. [65] Bacaan tidak berterusan ini adalah hasil penjujukan transkrip yang disambung (lihat rajah). Biasanya, algoritma penjajaran mempunyai dua langkah: 1) menyelaraskan bahagian pendek bacaan (iaitu, benih genom) dan 2) menggunakan pengaturcaraan dinamik untuk mencari penjajaran optimum, kadangkala digabungkan dengan anotasi yang diketahui. Alat perisian yang menggunakan penjajaran berpandukan genom termasuk Bowtie, [66] TopHat (yang membina hasil BowTie untuk menyelaraskan persimpangan sambatan), [67][68] Subbacaan, [69] STAR, [65] HISAT2, [70] dan GMAP . [71] Output alat penjajaran berpandu genom (pemetaan) boleh digunakan lagi oleh alatan seperti Cufflinks [68] atau StringTie [72] untuk membina semula jujukan transkrip bersebelahan (i.e., fail FASTA).Kualiti pemasangan berpandukan genom boleh diukur dengan kedua-dua 1) metrik pemasangan de novo (cth, N50) dan 2) perbandingan kepada transkrip, simpang sambatan, genom dan jujukan protein yang diketahui menggunakan ketepatan, ingatan semula, atau gabungan mereka (cth, skor F1). [64] Selain itu, dalam silico penilaian boleh dilakukan menggunakan bacaan simulasi. [73][74]

Nota mengenai kualiti pemasangan: Konsensus semasa ialah 1) kualiti pemasangan boleh berbeza-beza bergantung pada metrik yang digunakan, 2) alat pemasangan yang mendapat markah yang baik dalam satu spesies tidak semestinya menunjukkan prestasi yang baik dalam spesies lain, dan 3) menggabungkan pendekatan yang berbeza mungkin paling boleh dipercayai. [75] [76] [77]

Kuantiti ekspresi gen Edit

Ekspresi dikira untuk mengkaji perubahan selular sebagai tindak balas kepada rangsangan luar, perbezaan antara keadaan sihat dan berpenyakit, dan soalan penyelidikan lain. Tahap transkrip sering digunakan sebagai proksi untuk kelimpahan protein, tetapi ini selalunya tidak setara kerana peristiwa pasca transkrip seperti gangguan RNA dan pereputan yang tidak masuk akal. [78]

Ungkapan dikira dengan mengira bilangan bacaan yang dipetakan ke setiap lokus dalam langkah pemasangan transkrip. Ungkapan boleh dikira untuk ekson atau gen menggunakan contigs atau anotasi transkrip rujukan. [8] Kiraan bacaan RNA-Seq yang diperhatikan ini telah disahkan dengan kukuh terhadap teknologi lama, termasuk susunan mikro ekspresi dan qPCR. [55] [79] Alat yang mengukur kiraan ialah HTSeq, [80] FeatureCounts, [81] Rcount, [82] maxcounts, [83] FIXSEQ, [84] dan Cuffquant. Alat ini menentukan kiraan baca daripada data RNA-Seq yang diselaraskan, tetapi kiraan bebas penjajaran juga boleh diperoleh dengan Sailfish [85] dan Kallisto. [86] Kiraan bacaan kemudiannya ditukar kepada metrik yang sesuai untuk ujian hipotesis, regresi dan analisis lain. Parameter untuk penukaran ini ialah:

  • Kedalaman/liputan jujukan: Walaupun kedalaman telah ditetapkan terlebih dahulu semasa menjalankan berbilang eksperimen RNA-Seq, ia masih akan berbeza secara meluas antara eksperimen. [87] Oleh itu, jumlah bilangan bacaan yang dijana dalam satu percubaan biasanya dinormalkan dengan menukar kiraan kepada serpihan, bacaan atau kiraan bagi setiap juta bacaan dipetakan (FPM, RPM atau CPM). Perbezaan antara RPM dan FPM secara sejarah diperoleh semasa evolusi daripada penjujukan satu hujung serpihan kepada penjujukan hujung berpasangan. Dalam penjujukan satu hujung, hanya terdapat satu bacaan bagi setiap serpihan (i.e., RPM = FPM). Dalam penjujukan akhir berpasangan, terdapat dua bacaan bagi setiap serpihan (i.e., RPM = 2 x FPM). Kedalaman penjujukan kadangkala dirujuk sebagai saiz perpustakaan, bilangan molekul cDNA perantara dalam eksperimen.
  • Panjang gen: Gen yang lebih panjang akan mempunyai lebih banyak serpihan/bacaan/kiraan daripada gen yang lebih pendek jika ungkapan transkrip adalah sama. Ini dilaraskan dengan membahagikan FPM dengan panjang ciri (yang boleh menjadi gen, transkrip atau ekson), menghasilkan serpihan metrik bagi setiap kilobase ciri per juta bacaan dipetakan (FPKM). [88] Apabila melihat kumpulan ciri merentas sampel, FPKM ditukar kepada transkrip per juta (TPM) dengan membahagikan setiap FPKM dengan jumlah FPKM dalam sampel. [89][90][91]
  • Jumlah output RNA sampel: Oleh kerana jumlah RNA yang sama diekstrak daripada setiap sampel, sampel dengan jumlah RNA yang lebih banyak akan mempunyai kurang RNA bagi setiap gen. Gen ini nampaknya mengalami penurunan ekspresi, mengakibatkan positif palsu dalam analisis hiliran. [87] Strategi penormalan termasuk kuantil, DESeq2, TMM dan Nisbah Median cuba mengambil kira perbezaan ini dengan membandingkan satu set gen yang dinyatakan secara tidak berbeza antara sampel dan penskalaan sewajarnya. [92]
  • Varians untuk setiap ekspresi gen: dimodelkan untuk mengambil kira ralat pensampelan (penting untuk gen dengan kiraan bacaan rendah), meningkatkan kuasa dan mengurangkan positif palsu. Varians boleh dianggarkan sebagai taburan binomial normal, Poisson, atau negatif [93][94][95] dan kerap diuraikan kepada varians teknikal dan biologi.

Spike-in untuk kuantiti mutlak dan pengesanan kesan seluruh genom Edit

RNA spike-in ialah sampel RNA pada kepekatan yang diketahui yang boleh digunakan sebagai piawaian emas dalam reka bentuk eksperimen dan semasa analisis hiliran untuk kuantiti mutlak dan pengesanan kesan luas genom.

  • Kuantifikasi mutlak: Kuantifikasi mutlak ekspresi gen tidak mungkin dengan kebanyakan eksperimen RNA-Seq, yang mengukur ekspresi relatif kepada semua transkrip. Ia boleh dilakukan dengan melakukan RNA-Seq dengan spike-in, sampel RNA pada kepekatan yang diketahui. Selepas penjujukan, kiraan bacaan jujukan spike-in digunakan untuk menentukan hubungan antara kiraan bacaan setiap gen dan kuantiti mutlak serpihan biologi [11][96] Dalam satu contoh, teknik ini digunakan dalam Xenopus tropicalis embrio untuk menentukan kinetik transkripsi. [97]
  • Pengesanan kesan luas genom: Perubahan dalam pengawal selia global termasuk pengubahsuai kromatin, faktor transkripsi (mis., MYC), kompleks asetiltransferase dan kedudukan nukleosom tidak kongruen dengan andaian penormalan dan kawalan spike-in boleh menawarkan tafsiran yang tepat. [98][99]

Ungkapan berbeza Edit

Penggunaan RNA-Seq yang paling mudah tetapi selalunya paling berkuasa ialah mencari perbezaan dalam ekspresi gen antara dua atau lebih keadaan (cth., dirawat vs tidak dirawat) proses ini dipanggil ungkapan pembezaan. Keluaran sering dirujuk sebagai gen yang diungkapkan secara berbeza (DEG) dan gen ini sama ada boleh dikawal ke atas atau ke bawah (i.e., lebih tinggi atau lebih rendah dalam keadaan faedah). Terdapat banyak alat yang melakukan ekspresi pembezaan. Kebanyakannya dijalankan dalam R, Python, atau baris arahan Unix. Alat yang biasa digunakan termasuk DESeq, [94] edgeR, [95] dan voom+limma, [93] [100] semuanya boleh didapati melalui R/Bioconductor. [101] [102] Ini ialah pertimbangan biasa apabila melakukan ungkapan pembezaan:

  • Input: Input ungkapan pembezaan termasuk (1) matriks ekspresi RNA-Seq (gen M x N sampel) dan (2) matriks reka bentuk yang mengandungi keadaan eksperimen untuk sampel N. Matriks reka bentuk yang paling mudah mengandungi satu lajur, sepadan dengan label untuk keadaan yang sedang diuji. Kovariat lain (juga dirujuk sebagai faktor, ciri, label atau parameter) boleh termasuk kesan kelompok, artifak yang diketahui dan sebarang metadata yang mungkin mengelirukan atau mengantara ekspresi gen. Selain kovariat yang diketahui, kovariat yang tidak diketahui juga boleh dianggarkan melalui pendekatan pembelajaran mesin tanpa pengawasan termasuk analisis komponen utama, pembolehubah pengganti, [103] dan PEER [56]. Analisis pembolehubah tersembunyi sering digunakan untuk data RNA-Seq tisu manusia, yang biasanya mempunyai artifak tambahan yang tidak ditangkap dalam metadata (cth., masa iskemia, sumber daripada pelbagai institusi, ciri klinikal yang mendasari, mengumpul data selama bertahun-tahun dengan ramai kakitangan).
  • Kaedah: Kebanyakan alat menggunakan statistik regresi atau bukan parametrik untuk mengenal pasti gen yang dinyatakan secara berbeza, dan sama ada berdasarkan kiraan bacaan yang dipetakan kepada genom rujukan (DESeq2, limma, edgeR) atau berdasarkan kiraan bacaan yang diperoleh daripada kuantifikasi bebas penjajaran (sleuth, [104] ] Cuffdiff, [105] Ballgown [106] ). [107] Berikutan regresi, kebanyakan alat menggunakan pelarasan nilai p sama ada kadar ralat mengikut keluarga (FWER) atau kadar penemuan palsu (FDR) untuk mengambil kira pelbagai hipotesis (dalam kajian manusia,

20,000 gen pengekodan protein atau

Analisis hiliran untuk senarai gen yang dinyatakan secara berbeza datang dalam dua perisa, mengesahkan pemerhatian dan membuat inferens biologi. Disebabkan oleh perangkap ekspresi pembezaan dan RNA-Seq, pemerhatian penting direplikasi dengan (1) kaedah ortogonal dalam sampel yang sama (seperti PCR masa nyata) atau (2) percubaan lain, kadangkala prapendaftaran, dalam kohort baharu . Yang terakhir membantu memastikan kebolehgeneralisasian dan lazimnya boleh disusuli dengan analisis meta semua kohort terkumpul. Kaedah yang paling biasa untuk mendapatkan pemahaman biologi peringkat tinggi tentang keputusan adalah analisis pengayaan set gen, walaupun kadangkala pendekatan gen calon digunakan. Pengayaan set gen menentukan sama ada pertindihan antara dua set gen adalah signifikan secara statistik, dalam kes ini pertindihan antara gen yang dinyatakan secara berbeza dan set gen daripada laluan/pangkalan data yang diketahui (cth., Ontologi Gen, KEGG, Ontologi Fenotip Manusia) atau daripada analisis pelengkap dalam data yang sama (seperti rangkaian ekspresi bersama). Alat biasa untuk pengayaan set gen termasuk antara muka web (cth., ENRICHR, g:profiler, WEBGESTALT) [114] dan pakej perisian. Apabila menilai hasil pengayaan, satu heuristik adalah dengan terlebih dahulu mencari pengayaan biologi yang diketahui sebagai pemeriksaan kewarasan dan kemudian mengembangkan skop untuk mencari biologi novel.

Penyambungan alternatif Edit

Penyambungan RNA adalah penting kepada eukariota dan menyumbang dengan ketara kepada pengawalan dan kepelbagaian protein, yang berlaku dalam >90% gen manusia. [115] Terdapat berbilang mod penyambungan alternatif: ekson melangkau (mod penyambungan yang paling biasa pada manusia dan eukariota yang lebih tinggi), ekson yang saling eksklusif, tapak penderma atau penerima alternatif, pengekalan intron (mod penyambungan yang paling biasa dalam tumbuhan, kulat, dan protozoa), tapak permulaan transkripsi alternatif (promotor), dan poliadenilasi alternatif. [115] Satu matlamat RNA-Seq adalah untuk mengenal pasti peristiwa penyambungan alternatif dan menguji jika ia berbeza antara keadaan. Penjujukan bacaan panjang menangkap transkrip penuh dan dengan itu meminimumkan banyak isu dalam menganggar kelimpahan isoform, seperti pemetaan bacaan yang tidak jelas. Untuk RNA-Seq bacaan pendek, terdapat pelbagai kaedah untuk mengesan penyambungan alternatif yang boleh diklasifikasikan kepada tiga kumpulan utama: [116] [89] [117]

  • Berasaskan kiraan (juga berasaskan peristiwa, penyambungan pembezaan): anggaran pengekalan ekson. Contohnya ialah DEXSeq, [118] MATS, [119] dan SeqGSEA. [120]
  • Berasaskan isoform (juga modul berbilang baca, ungkapan isoform pembezaan): anggarkan kelimpahan isoform dahulu, dan kemudian kelimpahan relatif antara keadaan. Contohnya ialah Cufflinks 2 [121] dan DiffSplice. [122]
  • Penghapusan intron berdasarkan: kira penyambungan alternatif menggunakan bacaan berpecah. Contohnya MAJIQ [123] dan Leafcutter. [117]

Alat ekspresi gen pembezaan juga boleh digunakan untuk ekspresi isoform pembezaan jika isoform dikira terlebih dahulu dengan alat lain seperti RSEM. [124]

Rangkaian ekspresi bersama Edit

Rangkaian ekspresi bersama ialah perwakilan data yang diperolehi bagi gen yang berkelakuan dengan cara yang sama merentas tisu dan keadaan eksperimen. [125] Tujuan utamanya terletak pada penjanaan hipotesis dan pendekatan rasa bersalah demi pergaulan untuk menyimpulkan fungsi gen yang tidak diketahui sebelum ini. [125] Data RNA-Seq telah digunakan untuk membuat kesimpulan gen yang terlibat dalam laluan tertentu berdasarkan korelasi Pearson, kedua-dua dalam tumbuhan [126] dan mamalia. [127] Kelebihan utama data RNA-Seq dalam analisis jenis ini ke atas platform microarray ialah keupayaan untuk merangkumi keseluruhan transkrip, oleh itu membenarkan kemungkinan untuk membongkar perwakilan yang lebih lengkap bagi rangkaian pengawalseliaan gen. Peraturan pembezaan isoform sambatan gen yang sama boleh dikesan dan digunakan untuk meramalkan fungsi biologinya. [128] [129] Analisis rangkaian ekspresi bersama gen berwajaran telah berjaya digunakan untuk mengenal pasti modul ekspresi bersama dan gen hab intramodular berdasarkan data seq RNA. Modul ekspresi bersama mungkin sepadan dengan jenis sel atau laluan. Hab intramodular yang sangat bersambung boleh ditafsirkan sebagai wakil modul masing-masing. Eigengene ialah jumlah ekspresi berwajaran semua gen dalam modul. Eigengenes ialah biomarker (ciri) yang berguna untuk diagnosis dan prognosis. [130] Pendekatan Transformasi Penstabilan Varians untuk menganggar pekali korelasi berdasarkan data seq RNA telah dicadangkan. [126]

Penemuan varian Edit

RNA-Seq menangkap variasi DNA, termasuk varian nukleotida tunggal, sisipan/penghapusan kecil. dan variasi struktur. Panggilan varian dalam RNA-Seq adalah serupa dengan panggilan varian DNA dan selalunya menggunakan alat yang sama (termasuk SAMtools mpileup [131] dan GATK HaplotypeCaller [132] ) dengan pelarasan untuk mengambil kira penyambungan. Satu dimensi unik untuk varian RNA ialah ekspresi khusus alel (ASE): varian daripada hanya satu haplotaip mungkin lebih disukai kerana kesan pengawalseliaan termasuk pencetakan dan ekspresi lokus sifat kuantitatif, dan varian jarang bukan pengekodan. [133] [134] Had pengenalpastian varian RNA termasuk bahawa ia hanya mencerminkan kawasan yang dinyatakan (pada manusia, <5% daripada genom), boleh tertakluk kepada bias yang diperkenalkan oleh pemprosesan data (cth, perhimpunan transkrip de novo meremehkan heterozigositi [135] ), dan mempunyai kualiti yang lebih rendah jika dibandingkan dengan penjujukan DNA langsung.

Penyuntingan RNA (pengubahan selepas transkrip) Edit

Mempunyai jujukan genomik dan transkriptom yang sepadan bagi individu boleh membantu mengesan suntingan pasca transkrip (pengeditan RNA). [3] Peristiwa pengubahsuaian selepas transkrip dikenal pasti jika transkrip gen mempunyai alel/varian yang tidak diperhatikan dalam data genom.

Pengesanan gen gabungan Edit

Disebabkan oleh pengubahsuaian struktur yang berbeza dalam genom, gen gabungan telah mendapat perhatian kerana hubungannya dengan kanser. [136] Keupayaan RNA-Seq untuk menganalisis keseluruhan transkriptom sampel dalam cara yang tidak berat sebelah menjadikannya alat yang menarik untuk mencari jenis kejadian biasa dalam kanser. [4]

Idea berikut daripada proses menyelaraskan bacaan transkriptomi pendek kepada genom rujukan. Kebanyakan bacaan pendek akan termasuk dalam satu ekson lengkap, dan set yang lebih kecil tetapi masih besar dijangka dipetakan ke simpang ekson-ekson yang diketahui. Bacaan pendek yang tidak dipetakan kemudiannya akan dianalisis selanjutnya untuk menentukan sama ada ia sepadan dengan persimpangan ekson-ekson di mana ekson berasal daripada gen yang berbeza. Ini akan menjadi bukti kemungkinan peristiwa gabungan, bagaimanapun, kerana panjang bacaan, ini boleh menjadi sangat bising. Pendekatan alternatif ialah menggunakan bacaan akhir berpasangan, apabila bilangan bacaan berpasangan yang berpotensi besar akan memetakan setiap hujung ke ekson yang berbeza, memberikan liputan yang lebih baik tentang peristiwa ini (lihat rajah). Walau bagaimanapun, hasil akhir terdiri daripada gabungan pelbagai dan berpotensi baru bagi gen yang menyediakan titik permulaan yang ideal untuk pengesahan selanjutnya.

RNA-Seq pertama kali dibangunkan pada pertengahan 2000-an dengan kemunculan teknologi penjujukan generasi akan datang. [139] Manuskrip pertama yang menggunakan RNA-Seq walaupun tanpa menggunakan istilah itu termasuk manuskrip sel kanser prostat [140] (bertarikh 2006), Medicago truncatula [141] (2006), jagung [142] (2007), dan Arabidopsis thaliana [143] (2007), manakala istilah "RNA-Seq" sendiri mula disebut pada tahun 2008 [144] Bilangan manuskrip yang merujuk kepada RNA-Seq dalam tajuk atau abstrak (Rajah, garis biru) terus meningkat dengan 6754 manuskrip diterbitkan pada tahun 2018. Persimpangan RNA-Seq dan perubatan (Rajah, garis emas) mempunyai celeriti yang sama. [145]

Aplikasi untuk perubatan Edit

RNA-Seq mempunyai potensi untuk mengenal pasti biologi penyakit baharu, profil biomarker untuk petunjuk klinikal, menyimpulkan laluan boleh dadah dan membuat diagnosis genetik. Keputusan ini boleh diperibadikan lagi untuk subkumpulan atau pesakit individu, yang berpotensi menonjolkan pencegahan, diagnostik dan terapi yang lebih berkesan. Kebolehlaksanaan pendekatan ini sebahagiannya ditentukan oleh kos dalam wang dan masa, had yang berkaitan ialah pasukan pakar yang diperlukan (ahli bioinformatika, pakar perubatan/klinik, penyelidik asas, juruteknik) untuk mentafsir sepenuhnya jumlah besar data yang dijana oleh analisis ini. [146]

Usaha penjujukan berskala besar Edit

Banyak penekanan telah diberikan kepada data RNA-Seq selepas projek Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) dan The Cancer Genome Atlas (TCGA) telah menggunakan pendekatan ini untuk mencirikan berpuluh-puluh garisan sel [147] dan beribu-ribu sampel tumor primer, [148] masing-masing. ENCODE bertujuan untuk mengenal pasti kawasan pengawalseliaan seluruh genom dalam kohort garisan sel yang berbeza dan data transkriptom adalah yang paling penting untuk memahami kesan hiliran lapisan pengawalseliaan epigenetik dan genetik tersebut. TCGA, sebaliknya, bertujuan untuk mengumpul dan menganalisis beribu-ribu sampel pesakit daripada 30 jenis tumor yang berbeza untuk memahami mekanisme asas transformasi dan perkembangan malignan. Dalam konteks ini, data RNA-Seq memberikan gambaran unik status transkriptik penyakit dan melihat populasi transkrip yang tidak berat sebelah yang membolehkan pengenalpastian transkrip novel, transkrip gabungan dan RNA bukan pengekodan yang tidak dapat dikesan dengan teknologi yang berbeza.

Artikel ini telah diserahkan kepada WikiJurnal Sains untuk semakan rakan sebaya akademik luaran pada 2019 (laporan penyemak). Kandungan yang dikemas kini telah disepadukan semula ke dalam halaman Wikipedia di bawah lesen CC-BY-SA-3.0 ( 2021 ). Versi rekod seperti yang disemak ialah: Felix Richter et al. (17 Mei 2021). "Pengenalan luas kepada RNA-Seq". WikiJurnal Sains. 4 (2): 4. doi:10.15347/WJS/2021.004. ISSN 2470-6345. Wikidata Q100146647.


Rawatan Jangkitan Bakteria dan Virus

Penemuan antibiotik untuk jangkitan bakteria dianggap sebagai salah satu kejayaan terpenting dalam sejarah perubatan. Malangnya, bakteria sangat mudah menyesuaikan diri, dan penggunaan antibiotik yang berlebihan telah menyebabkan kebanyakannya tahan terhadap antibiotik. Ini telah menimbulkan masalah yang serius, terutamanya dalam persekitaran hospital.

Antibiotik tidak berkesan terhadap virus, dan banyak organisasi terkemuka kini mengesyorkan agar tidak menggunakan antibiotik melainkan terdapat bukti jelas tentang jangkitan bakteria.

Sejak awal abad ke-20, vaksin telah dibangunkan. Vaksin telah mengurangkan secara drastik bilangan kes baru penyakit virus seperti polio, campak, dan cacar air. Selain itu, vaksin boleh mencegah jangkitan seperti selesema, hepatitis A, hepatitis B, human papillomavirus (HPV), dan lain-lain.

Tetapi rawatan jangkitan virus telah terbukti lebih mencabar, terutamanya kerana virus agak kecil dan membiak di dalam sel. Bagi sesetengah penyakit virus, seperti jangkitan virus herpes simplex, HIV/AIDS dan influenza, ubat antivirus telah tersedia. Tetapi penggunaan ubat antivirus telah dikaitkan dengan perkembangan mikrob yang tahan dadah.

Sumber

Institut Alergi dan Penyakit Berjangkit Kebangsaan: "Memahami Mikrob dalam Penyakit dan Kesihatan."

MicrobeWorld.org: “Virus atau Bakteria?” "Viral vs. Pembiakan Bakteria."

Manual Merck Edisi Rumah Kedua: “Jangkitan Bakteria,” “Jangkitan Virus.”


Virus rantai tunggal menunjukkan kadar mutasi yang lebih tinggi daripada virus untai dua

Virus DNA untai tunggal cenderung untuk bermutasi lebih cepat daripada virus DNA untai ganda, walaupun perbezaan ini berdasarkan kerja dengan bakteriofaj, kerana tiada anggaran kadar mutasi telah diperoleh untuk virus DNA untai tunggal eukariotik [1]. Dalam virus RNA, tiada perbezaan yang jelas dalam kadar mutasi antara kelas Baltimore (Rajah  2 a). Mekanisme yang mendasari perbezaan ini tidak difahami dengan baik. Satu penjelasan yang mungkin untuk perbezaan antara virus untai tunggal dan dua untai ialah asid nukleik untai tunggal lebih terdedah kepada deaminasi oksidatif dan jenis kerosakan kimia yang lain. Peningkatan tahap spesies oksigen reaktif (ROS) dan metabolit selular lain semasa jangkitan virus boleh menyebabkan mutasi dalam sel perumah dan dalam virus. Sebagai contoh, etanol berkemungkinan bersinergi dengan tekanan oksidatif yang disebabkan oleh virus untuk meningkatkan kadar mutasi HCV [21]. Perbezaan antara virus DNA untai tunggal dan dua untai juga boleh dijelaskan dari segi aksesnya kepada pembaikan selepas replikatif. Bekerja dengan bacteriophage ϕX174 telah memberikan petunjuk menarik tentang isu ini. Dalam enterobacteria, pembaikan ketidakpadanan terarah metil (MMR) dilakukan oleh protein MutHLS dan Dam metilase. Metilasi empangan motif jujukan GATC digunakan untuk membezakan templat dan helai DNA anak dan dengan itu diperlukan untuk melakukan pembetulan tidak sepadan [22]. Ketidakpadanan diiktiraf oleh MutS, yang berinteraksi dengan MutL dan membawa kepada pengaktifan endonuklease MutH, yang mengeluarkan helai anak perempuan. Walau bagaimanapun, genom bacteriophage ϕX174 tidak mempunyai motif jujukan GATC, walaupun kira-kira 20 tapak sedemikian dijangka secara kebetulan. Akibatnya, DNA ϕX174 tidak boleh menjalani MMR. Ini menyumbang kepada menjelaskan kadar mutasi virus ini yang agak tinggi, yang jatuh pada urutan 10 𢄦  s/n/c, nilai tiga urutan magnitud melebihi magnitud Escherichia coli dan tertinggi di kalangan virus DNA [23]. Pengelakan motif GATC mungkin disebabkan oleh pemilihan yang bertindak pada kadar mutasi, tetapi juga faktor terpilih yang lain. Sebagai contoh, metilasi DNA faj yang tidak cekap boleh menyebabkan ia terdedah kepada belahan oleh MutH, oleh itu mengenakan tekanan pemilihan terhadap motif jujukan GATC [24].

Berbanding dengan bacteriophage ϕX174, hubungan antara pembaikan pasca replikatif dan kadar mutasi masih tidak jelas dalam virus eukariotik. Banyak kajian telah menunjukkan bahawa virus berinteraksi dengan laluan tindak balas kerosakan DNA (DDR) dengan mengubah penyetempatan atau menggalakkan degradasi komponen DDR [25, 26]. Sebagai contoh, protein E4orf6 adenoviral menggalakkan degradasi proteasomal TOPBP1, komponen DDR [27]. Pengaktifan DDR boleh berlaku sebagai akibat tidak langsung daripada tekanan selular akibat jangkitan itu sendiri atau sebagai sebahagian daripada tindak balas antivirus, yang seterusnya akan dilawan oleh virus. Walaupun virus DNA cenderung untuk menggalakkan ketidakstabilan genomik dalam sel perumah, ia masih perlu ditunjukkan sama ada disregulasi DDR boleh menentukan kadar mutasi virus DNA.


Virus RNA untaian positif adalah kumpulan tunggal terbesar virus RNA dengan 30 keluarga.

OBJEKTIF PEMBELAJARAN

Kategorikan ciri-ciri virus untaian positif

PENGAMBILAN UTAMA

Perkara utama

  • Asid nukleik biasanya RNA untai tunggal (ssRNA), tetapi mungkin RNA untai dua (dsRNA).
  • Virus RNA ialah virus yang mempunyai RNA (asid ribonukleik) sebagai bahan genetiknya.
  • Penyakit manusia terkenal yang disebabkan oleh virus RNA termasuk SARS, influenza, hepatitis C, demam West Nile dan polio.

Syarat Utama

  • virus: Organisma berjangkit submikroskopik, kini difahami sebagai struktur bukan selular yang terdiri daripada teras DNA atau RNA yang dikelilingi oleh lapisan protein. Ia memerlukan sel hidup untuk mereplikasi, dan sering menyebabkan penyakit dalam organisma perumah.
  • genetik: Berkaitan dengan genetik atau gen.
  • RNA: Asid ribonukleik (RNA) ialah keluarga molekul biologi besar yang terdapat di mana-mana yang menjalankan pelbagai peranan penting dalam pengekodan, penyahkodan, pengawalseliaan dan ekspresi gen.

Virus RNA terkandas tunggal boleh dikelaskan mengikut deria atau kekutuban RNA mereka kepada virus RNA deria negatif dan deria positif, atau ambisense. RNA virus deria positif adalah serupa dengan mRNA dan oleh itu boleh segera diterjemahkan oleh sel hos. RNA virus deria negatif adalah pelengkap kepada mRNA dan oleh itu mesti ditukar kepada RNA deria positif oleh polimerase RNA sebelum terjemahan. Oleh itu, RNA yang telah disucikan daripada virus deria positif boleh menyebabkan jangkitan secara langsung walaupun ia mungkin kurang berjangkit daripada keseluruhan zarah virus. RNA yang telah disucikan daripada virus deria negatif tidak berjangkit dengan sendirinya kerana ia perlu ditranskripsikan kepada RNA deria positif setiap virion boleh ditranskripsikan kepada beberapa RNA deria positif. Virus RNA Ambisense menyerupai virus RNA deria negatif, kecuali ia juga menterjemah gen daripada untaian positif. Virus RNA untaian positif virus biasa yang menjangkiti manusia ialah picornavirus.

Rajah: Penyakit Kaki dan Mulut: Penyakit Kaki dan Mulut disebabkan oleh virus Aphthovirus iaitu virus RNA untaian positif, daripada keluarga virus haiwan Picornaviridae.

Picornavirus ialah virus yang tergolong dalam keluarga Picornaviridae. Picornavirus ialah virus RNA bertali positif yang tidak berselubung dengan kapsid ikosahedral. RNA genom adalah luar biasa kerana ia mempunyai protein pada hujung 5&prime yang digunakan sebagai primer untuk transkripsi oleh RNA polimerase. Nama itu berasal daripada pico, bermaksud kecil, dan RNA, merujuk kepada genom asid ribonukleik, jadi &ldquopicornavirus&rdquo secara literal bermaksud virus RNA kecil. Picornavirus dipisahkan kepada beberapa genera dan termasuk banyak patogen penting manusia dan haiwan. Penyakit yang ditimbulkannya adalah pelbagai, daripada penyakit akut &ldquocommon-cold&rdquo-like, kepada poliomielitis, kepada jangkitan kronik pada ternakan. Spesies tambahan yang tidak tergolong dalam mana-mana genera yang diiktiraf terus diterangkan.


Vaksin Human Papillomavirus

Donatella Panatto , . Roberto Gasparini , dalam Kemajuan Kimia Protein dan Biologi Struktur , 2015

3 Proteome

Genom HPV dikelilingi oleh kapsid ikosahedral berbentuk sfera (T = 7 simetri), terdiri daripada dua protein struktur, L1 dan L2.

Genom virus, seperti yang telah disebutkan dalam perenggan sebelumnya, boleh dibahagikan secara kasar kepada tiga bahagian: bahagian pertama terdiri daripada kira-kira dua pertiga daripada genom dan kod untuk protein awal, bahagian kedua, kira-kira satu pertiga daripada HPV. genom, kod untuk protein struktur lewat, manakala bahagian ketiga kebanyakannya bukan pengekodan, yang terdiri daripada unsur dan motif yang penting untuk replikasi dan transkripsi (Campo & Roden, 2010 Malik, Khan, & Ahsan, 2014).

Struktur yang tersedia, fungsi utama, dan rakan interaksi yang diketahui bagi protein HPV dilihat secara menyeluruh dalam Jadual 6, 7, dan 8, masing-masing.

Jadual 6 . Struktur Tersedia Protein Human Papillomavirus yang Didepositkan dalam Bank Data Protein

Protein HPVJenis HPVKaedah Digunakan untuk Menentukan StrukturButiran MolekulResolusiStruktur PDB
L116X-rayStruktur zarah kecil seperti virus yang dipasang daripada protein L1 papillomavirus manusia 163.50 1DZL
16X-rayStruktur pentamer protein kapsid utama L1 jenis papillomavirus manusia 163.70 2R5H
18X-rayStruktur pentamer protein kapsid utama L1 jenis papillomavirus manusia 183.40 2R5I
35X-rayStruktur pentamer protein kapsid utama L1 jenis papillomavirus manusia 353.30 2R5J
11X-rayStruktur pentamer protein kapsid utama L1 jenis papillomavirus manusia 113.20 2R5K
16Mikroskopi elektronElektron cryo-mikroskopi papillomavirus manusia jenis 16 kapsid9.10 3J6R
16Mikroskopi elektronKrio-mikroskopi elektron bagi serpihan Fab papillomavirus manusia 16 dan H16.V513.60 3J7G
16X-rayStruktur kristal HPV-16 L1 pentamer terikat kepada heparin oligosakarida2.80 3OAE
18X-rayStruktur kristal human papillomavirus 18 (HPV-18) kapsid L1 pentamer terikat kepada heparin oligosakarida3.40 3OFL
L218X-rayDomain pengikat DNA jenis 18 E2 manusia papillomavirus terikat pada sasaran DNAnya2.40 1JJ4
E118X-rayStruktur kristal domain pengikat DNA bagi protein permulaan replikasi papillomavirus manusia jenis 18 (HPV-18) E11.80 1R9W
18X-rayStruktur sinar-X helikase papillomavirus dalam kompleks dengan pembuat jodoh molekulnya E22.10 1SEB
E231X-rayStruktur kristal domain pengikat DNA E2 daripada papillomavirus manusia pada 2.4 Å2.4 1A7G
18X-rayStruktur kristal domain pengikat DNA HPV-18 E22.20 1BY9
31NMRDomain pengikat DNA E2 daripada papillomavirus manusia jenis 31, NMR, struktur purata diminimumkan 1DHM
16X-rayStruktur kristal domain transaktivasi lengkap protein E2 daripada jenis papillomavirus manusia 161.90 1DTO
18X-rayStruktur kristal domain pengikat DNA HPV-18 E21.90 1F9F
18X-rayDomain pengikat DNA jenis 18 E2 manusia papillomavirus terikat pada sasaran DNAnya2.40 1JJ4
11X-rayStruktur hablur HPV-11 E2 TAD2.50 1R6K
11X-rayStruktur kristal kompleks HPV-11 E2 TAD2.40 1R6N
6 dan 16X-rayPerbandingan struktur dan sifat pengikat DNA bagi protein E2 daripada papillomavirus manusia onkogenik dan bukan onkogenik.1.90 1R8H
16NMRStruktur penyelesaian domain pengikat DNA HPV-16 E2, pengawal selia transkrip dengan lipatan laras beta dimerik 1R8P
18X-rayStruktur sinar-X helikase papillomavirus dalam kompleks dengan pembuat jodoh molekulnya E22.10 1SEB
E616NMRStruktur penyelesaian domain pengikat zink terminal-C oncoprotein HPV-16 E6 2FK4
18X-rayStruktur kristal sinar-X Sap97 PDZ3 terikat pada peptida C-terminal HPV-18 E62.80 2I0I
16NMRStruktur domain N-terminal monomerik HPV-16 E6 oncoprotein 2LJX
16NMRStruktur model Haddock bagi dimer domain N-terminal HPV-16 E6 2LJY
16NMRStruktur domain C-terminal oncoprotein HPV-16 E6 2LJZ
51NMRStruktur penyelesaian kompleks yang terdiri daripada residu hDlg/SAP-97 318–406 dan residu HPV-51 onkoprotein E6 141–151 2M3M
18NMRStruktur hDLG/SAP97 PDZ2 dalam kompleks dengan peptida E6 papillomavirus HPV-18 2OQS
16X-rayStruktur kristal oncoprotein E6 manusia papillomavirus penuh dalam kompleks dengan peptida LXXLL ubiquitin ligase E6AP pada resolusi 2.55 Å2.55 4GIZ
E716X-rayPoket RB terikat pada motif E7 LXCXE1.85 1GUX
1X-rayStruktur kristal domain HPV E7 CR31.60 2B9D
45NMRStruktur penyelesaian domain terminal-C (monomer) oncoprotein E7 HPV-45 2EWL
45NMRStruktur NMR domain C-terminal (dimer) HPV-45 oncoprotein E7 2F8B
X-raydomain poket p107 dalam kompleks dengan peptida HPV E72.24 4YOZ

Singkatan: NMR, resonans magnet nuklear.

Diadaptasi daripada PAVE ( http://pave.niaid.nih.gov/ ) dan dikemas kini daripada Protein DataBank ( http://www.rcsb.org/pdb ) dan Bank Data Resonans Magnetik Biologi ( http://www. bmrb.wisc.edu/ ).

Jadual 7 . Pencirian Fungsian Protein Papillomavirus Manusia

Protein HPVPeranan Fungsian
L1Protein kapsid utama
L2Protein kapsid kecil
Pemerdagangan virus
Enkapsidasi DNA virus
Pelepasan Virion
Penindasan pematangan sel Langherans
E1Replikasi genom virus
E2 (panjang penuh)Kompleks pengecaman asal virus (ORC)
Interaksi dengan E1 dan replikasi DNA
Homodimerisasi dan pengikatan DNA
Interaksi dengan kromatin melalui Brd4 dan kompleks lain
Peraturan dan modulasi transkripsi
Pengasingan genom dan penyelenggaraan plasmid/kromosom melalui SMC5/6
Kawalan aktiviti dan pemprosesan RNA
Kawalan kitaran sel (penangkapan G1) melalui perencatan E6 dan E7 dan pengaktifan semula laluan p53 dan Rb
Kawalan apoptosis melalui caspase 8
Induksi aneuploidi dan beberapa sifat mengubah separa (melalui laluan TNF-α/STAT3/NF-κB)
E2 (bentuk terpotong)Perencatan transkripsi dan replikasi
E3Fungsi tidak diketahui
E4/E1ˆE4Perhimpunan virus
Keluaran viral
Pembentukan pusat replikasi virus
Ekspresi protein kapsid
Jangkitan virus produktif (penanda fasa akut)
Modulasi kitaran sel (penangkapan G2)
Penguatan genom virus
Penularan virus
Keruntuhan sitoskeleton
Gangguan metabolisme RNA
Gangguan sintesis DNA
Induksi apoptosis
E5Gangguan dengan aktiviti gap-junction
Gangguan dengan fungsi vakuolar-ATPase
Kemerosotan pengasidan endosom
Immunoescape (gangguan dengan ekspresi antigen histokompatibiliti)
Modulasi komposisi dan sifat biofizik membran selular
Gangguan dengan laluan EGF/EGFR
Inisiasi neoplastik
Perencatan apoptosis
Peralihan epitelium-mesenchimal
E6Interaksi oncoprotein dengan p53
Degradasi protein melalui E6AP atau melalui EDD1
Immunoescape (menurunkan regulasi molekul lekatan)
Apoptosis
Perencatan pembezaan sel
Ketidakstabilan kromosom
Kehilangan kekutuban sel
Induksi hiperplasia
Peralihan epitelium-mesenchimal
Pencerobohan
E7Interaksi oncoprotein dengan protein pRb dan protein poket (p107 dan p130)
Degradasi protein
Ketidakstabilan kromosom dan genomik melalui pengaktifan ATM, ATR, dan gamma-tubulin, mengakibatkan ralat pengasingan kromosom dan sintesis DNA yang menyimpang
Kelewatan pembaikan DNA
Ketidakstabilan sentromer
Kitaran sel (fasa G1/S) dan gangguan dengan pusat pemeriksaan selular
Induksi mitosis menyimpang (seperti mitosis pseudo-bipolar, tripolar dan multipolar)
Gangguan metabolisme selular dan respirasi mitokondria
Replikasi genom virus dan transkripsi gen virus
Pengubahsuaian kromatin, pengaturcaraan semula epigenetik, dan metilasi promoter
Kematian sel dan apoptosis
Induksi hiperplasia
Isyarat sitokin
Immunoescape (menurunkan regulasi molekul lekatan dan gangguan dengan laluan kelas I kompleks histokompatibiliti utama)
Peralihan epitelium-mesenchimal
Penghijrahan sel kanser serviks
Pencerobohan
E8ˆE2CPenindasan ekspresi gen awal

Jadual 8 . Rakan Berinteraksi Terkenal Protein Human Papillomavirus

Protein HPVProtein Sasaran yang Dikenali
E1 a E2
Komponen pembaikan DNA (ATM, Chk2, p53)
Enzim konjugasi (CK2, UBE2I/Ubc9)
Pengubahsuaian kromatin (SMARCB1, Histone H1, Ini1/hSNF5)
Komponen replikasi DNA (p70, p180 subunit kompleks DNA polimerase alpha primase, RPA, Topo1, E1BP/TRIP13, deubiquitinating kompleks enzim seperti p80/UAF1, USP1, USP12, USP46)
Faktor transkripsi/penggerak bersama (protein pengikat TATA (TBP))
Chaperones (Hsp40, Hsp70)
Kitaran sel (Cdk2, Cyclin A/E, ERK1, JNK2)
Regulasi imun (IFIT1, faktor induksi interferon atau p56)
Kawalan apoptosis (caspase 3, caspase 7)
Pengeksport (Crm1)
E2 b E1
L1
Komponen matriks nuklear (MATR3, HNRNPU, HNRNPA1 PTM CSNK2A1, CSNK2A2, CSNK2B SRPK1/2 PRMT5 PPP2CA/CB/R1A, BAZ1B, KPNA3)
Komponen replikasi/pembaikan DNA (TOP1/Topo1, TopBP1, ATM, Chk2, p53, p70, RFC2, RFC3, RFC4, RFC5, ATAD5, PARP, RPA1/RPA-70, WICH—BAZ1B, SMARCA5)
Faktor transkripsi/penggerak bersama (AMF1/GPS2, BNC2, YY1, TMF1, HoxC9, NR4A1, SP1, CEBPA, CEBPB, GTF2B, TRIM28, NAP1, protein pengikat TATA (TBP) dan faktor berkaitan TBP seperti kompleks TFIIB —TAF1/TFIID/p250, TAF6/TAFII70/80, TAF7/TAFII55)
Pemprosesan RNA Faktor splicesome (C1QBP, SNRNP70, SRSF1, SRSF4, SRSF5, CPSF4/CPSF30, TRA2B)
Protein struktur kromosom (SMC5/6)
Acetylase histon (pCAF/KAT2B, p300, CBP, TTRAP/TIP60—INO80, p400, TRRAP)
Deasetilase histon (NCOR1, HDAC, SAP18)
Demetilase histon (KDM1B)
Metiltransferase histon (SETDB1, WDR5, WHSC—WHSC1/WHSCL1, SALL4—PRMT5, EHMT1), pengikatan kromatin (BRD4, P-TEFb, Polycomb E2F6, PCGF6, RNF2)
Pengubahsuaian kromatin (JARID1C/SMCX/KDM5C, NAP1L1/NAP1, SWI/SNF—SMARCA4—MI-2/NuRD—CHD4, SMARCA5, HDAC1, HDAC2, HDAC3, MTA1, MTA2—WICH—BAZ1B, SMARCA5—TRRAPINOTIP60—TRRAPINOTIP60 , p400, TRRAP)
kawalan kitaran sel (SKP2, SAC, MCC—Cdc20, MAD2, BUBR1)
kawalan apotptis (CASP8/FLICE dan komponen lain laluan Caspase 8, seperti CFLAR/cFLIP)
Enzim konjugasi (CK2, UBC9/UBE2I)
Protein endosom/lisosomal (VPS39)
Protein berkaitan endositosis (CLTA)
Metabolisme (GRIP1)
Tidak diketahui (CCHCR1)
E4/E1ˆE4/dipotong E4SRPK1
Komponen matriks sitokeratin
Protein kekutuban sel (Dlg1, PATJ, dan ZO-2)
E5E6
E7
Laluan EGF/EGR (EGFR)
Laluan PDGF/PDGFR (PDGFR)
Kawalan kitaran sel (protein pusat pemeriksaan gelendong atau SCP, Bub1, Mad2 dan kinase MAP yang berbeza)
Pengasidan endosom (subunit 16-kDa bagi vakuolar H + -ATPase)
Peraturan tindak balas imun (HLA-A)
Faktor transkripsi (TRIP-Br1)
Tidak diketahui (YIPF4, Bap31)
E6 c E5
E7
laluan p53 (p53, CBP/p300)
Peraturan tindak balas imun (IRF3, Tyk2)
Pengubahsuaian sitoskeleton (paxillin)
Komponen matriks nuklear (SMAR1)
Protein PDZ (hDlg, hScrb, MUPP1, MAGI-1, MAGI-2, MAGI-3)
Kawalan apoptosis (Bak, PKN)
Kompleks degradasi (E6AP, E6TP1, hADA3)
Faktor transkrip (c-fos, c-myc, IRF3, GPS2, NFX123)
Komponen laluan caspase (caspase 2, 3, 7, 8, 9, BCl2, IAP2, survivin, faktor pencetus apoptosis (AIF))
Komponen pembaikan DNA (ATR, BARD1, BRCA1)
Kitaran sel (E6BP, MMP7, Tyk2, Ras, Raf, p16INK4a, hTERT)
Fungsi tidak diketahui (E6BP/Erc55)
E7E5
E6
RB1, RBL1 (p107), RBL2 (p130)
Kawalan kitaran sel (p21/WAF1CIP1, p27/KIP1, CyclinA, CyclinE, Cdk2, Histone H1 Kinase, kompleks NuMA)
Komponen pembaikan DNA (p48)
gangguan metabolisme (M2-PK, alpha-glucosidase, IGFBP-3)
Pengaktif transkrip (AP1, Forkhead MPP2, protein pengikat TATA (TBP))
Komponen pembaikan DNA (ATM, BRCA1, BRCA2, FANCD2)
Pengubahsuaian kromatin (HDAC1, HDAC2, Mi2)
Subunit proteasome S4
Kawalan apoptosis (caspase 3, 7, 9, dan komponen laluan Caspase lain, Siva-1)
L1E2
L2
Heparan sulfat, laminin-5, laminin-332
Cyclophilin
Pengangkutan nuklear (importin-/transportin-seperti TNPO1, IPO5, KPNA2, KPNB1)
L2 d E2
L1
Sebelum kemasukan (Furin, alpha-defensin HD5, Cyclophilin B, Annexin A2)
Pemerdagangan vesikular dan pelarian endosom (Cyclophilin B, gamma-secretase, SNX17, SNX27, TSG101)
Pengangkutan nuklear (Syntaxin 18, Hsc70, Beta-Actin, protein motor Dynein seperti DYNLT1, importin/transportin DYNLT3 seperti TNPO1, IPO5, KPNA2, KPNB1)
Enzim konjugasi (SUMO)
Pemasangan Virion (ND10, TBX2, TBX3)
Tidak diketahui (PATZ, TIP60, TIN-AG-RP, PLINP)

Biasanya, genom virus wujud sebagai episom, mereplikasi secara serentak dengan DNA sel perumah. Walau bagaimanapun, dalam keganasan, DNA virus disepadukan ke dalam genom perumah, mengaktifkan laluan dan lata yang membawa kepada kemajuan lanjut kanser. Kitaran hayat virus diakhiri dengan pembungkusan genom virus dan pembebasan virus, yang melibatkan pengambilan L2 yang dimediasi oleh E2 dan peranan aktif L2 dalam replikasi, ekspresi L1 dan pemasangan kapsid ( Nguyen, Ramírez-Fort , & Rady, 2014).


Biologi 171


Virus ialah entiti parasit bukan selular yang tidak boleh diklasifikasikan dalam mana-mana kerajaan. Mereka boleh menjangkiti organisma yang pelbagai seperti bakteria, tumbuhan dan haiwan. Sebenarnya, virus wujud dalam sejenis alam bawah tanah antara organisma hidup dan entiti bukan hidup. Benda hidup membesar, memetabolismekan dan membiak. Sebaliknya, virus bukan selular, tidak mempunyai metabolisme atau berkembang, dan tidak boleh membahagi dengan pembahagian sel. Virus boleh menyalin, atau meniru sendiri walau bagaimanapun, mereka bergantung sepenuhnya pada sumber yang diperoleh daripada sel hos mereka untuk menghasilkan virus progeni—yang dipasang dalam bentuk matang mereka. Tiada siapa yang tahu dengan tepat bila atau bagaimana virus berkembang atau dari sumber nenek moyang kerana virus tidak meninggalkan rekod fosil. Sesetengah ahli virologi berpendapat bahawa virus moden ialah mozek bit dan kepingan asid nukleik yang diambil daripada pelbagai sumber di sepanjang laluan evolusi masing-masing.

Objektif Pembelajaran

Pada penghujung bahagian ini, anda akan dapat melakukan perkara berikut:

  • Terangkan bagaimana virus pertama kali ditemui dan cara ia dikesan
  • Bincangkan tiga hipotesis tentang bagaimana virus berkembang
  • Terangkan struktur umum virus
  • Mengenali bentuk asas virus
  • Memahami sistem klasifikasi yang lalu dan baru muncul untuk virus
  • Huraikan asas bagi sistem pengelasan Baltimore

Virus ialah entiti yang pelbagai: Ia berbeza dalam struktur, kaedah replikasi, dan perumah yang dijangkiti. Hampir semua bentuk kehidupan—daripada bakteria prokariotik dan archaean, kepada eukariota seperti tumbuhan, haiwan dan kulat—mempunyai virus yang menjangkiti mereka. Walaupun kebanyakan kepelbagaian biologi boleh difahami melalui sejarah evolusi (seperti cara spesies telah menyesuaikan diri dengan perubahan keadaan persekitaran dan cara spesies< yang berbeza berkait antara satu sama lain melalui keturunan yang sama), banyak tentang asal usul dan evolusi virus masih tidak diketahui.

Penemuan dan Pengesanan

Virus pertama kali ditemui selepas pembangunan penapis porselin—penapis Chamberland-Pasteur—yang boleh membuang semua bakteria yang kelihatan dalam mikroskop daripada sebarang sampel cecair. Pada tahun 1886, Adolph Meyer menunjukkan bahawa penyakit tumbuhan tembakau—penyakit mozek tembakau—boleh dipindahkan daripada tumbuhan berpenyakit kepada yang sihat melalui ekstrak tumbuhan cecair. Pada tahun 1892, Dmitri Ivanowski menunjukkan bahawa penyakit ini boleh disebarkan dengan cara ini walaupun selepas penapis Chamberland-Pasteur telah mengeluarkan semua bakteria yang berdaya maju daripada ekstrak. Namun, bertahun-tahun lamanya sebelum dibuktikan bahawa agen berjangkit "boleh ditapis" ini bukan hanya bakteria yang sangat kecil tetapi merupakan jenis baru zarah penyebab penyakit yang sangat kecil.

Kebanyakan virion, atau zarah virus tunggal, adalah sangat kecil, kira-kira 20 hingga 250 nanometer diameter. Walau bagaimanapun, beberapa virus yang ditemui baru-baru ini daripada amoeba berjulat sehingga 1000 nm diameter. Dengan pengecualian virion besar, seperti poxvirus dan virus DNA besar lain, virus tidak boleh dilihat dengan mikroskop cahaya. Sehingga perkembangan mikroskop elektron pada akhir 1930-an barulah saintis mendapat pandangan pertama yang baik tentang struktur virus mozek tembakau (TMV) ((Rajah)), yang dibincangkan di atas, dan virus lain ((Rajah)). Struktur permukaan virion boleh diperhatikan dengan pengimbasan dan mikroskop elektron penghantaran, manakala struktur dalaman virus hanya boleh diperhatikan dalam imej dari mikroskop elektron penghantaran. Penggunaan mikroskop elektron dan teknologi lain telah membolehkan penemuan banyak virus semua jenis organisma hidup.


Evolusi Virus

Walaupun ahli biologi mempunyai sejumlah besar pengetahuan tentang cara virus masa kini bermutasi dan menyesuaikan diri, lebih kurang diketahui tentang cara virus berasal dari awal. Apabila meneroka sejarah evolusi kebanyakan organisma, saintis boleh melihat rekod fosil dan bukti sejarah yang serupa. Walau bagaimanapun, virus tidak berfosil, setakat yang kita tahu, jadi penyelidik mesti mengekstrapolasi daripada penyiasatan tentang bagaimana virus hari ini berkembang dan dengan menggunakan maklumat biokimia dan genetik untuk mencipta sejarah virus spekulatif.

Kebanyakan sarjana bersetuju bahawa virus tidak mempunyai satu nenek moyang yang sama, dan tidak ada satu hipotesis yang munasabah tentang asal usul virus. Terdapat senario evolusi semasa yang mungkin menerangkan asal usul virus. Satu hipotesis sedemikian, "devolusi" atau hipotesis regresif, menunjukkan bahawa virus berkembang daripada sel hidup bebas, atau daripada parasit prokariotik intraselular. Walau bagaimanapun, banyak komponen bagaimana proses ini mungkin berlaku masih menjadi misteri. Hipotesis kedua, escapist atau hipotesis progresif, mencadangkan bahawa virus berasal daripada molekul RNA dan DNA yang terlepas daripada sel perumah. Hipotesis ketiga, iaitu hipotesis mereplikasi sendiri, mencadangkan bahawa virus mungkin berasal daripada entiti yang mereplikasi sendiri serupa dengan transposon atau unsur genetik mudah alih yang lain. Dalam semua kes, virus mungkin terus berkembang bersama-sama dengan sel-sel tempat mereka bergantung sebagai hos.

Apabila teknologi semakin maju, saintis boleh membangunkan dan memperhalusi hipotesis tambahan untuk menerangkan asal-usul virus. Bidang baru yang dipanggil sistematik molekul virus cuba melakukan perkara itu melalui perbandingan bahan genetik yang dijujukan. Para penyelidik ini berharap suatu hari nanti untuk lebih memahami asal usul virus—penemuan yang boleh membawa kepada kemajuan dalam rawatan untuk penyakit yang mereka hasilkan.

Morfologi Viral

Virus adalah bukan selular, bermakna ia adalah entiti biologi yang tidak mempunyai struktur selular. Oleh itu, mereka kekurangan sebahagian besar komponen sel, seperti organel, ribosom, dan membran plasma. Virion terdiri daripada teras asid nukleik, salutan protein luar atau kapsid, dan kadangkala sampul luar yang diperbuat daripada protein dan membran fosfolipid yang diperoleh daripada sel perumah. Virus juga mungkin mengandungi protein tambahan, seperti enzim, dalam kapsid atau melekat pada genom virus. Perbezaan yang paling jelas antara ahli keluarga virus yang berbeza adalah variasi dalam morfologi mereka, yang agak pelbagai. Satu ciri menarik bagi kerumitan virus ialah kerumitan perumah tidak semestinya berkait dengan kerumitan virion. Malah, beberapa struktur virion yang paling kompleks ditemui dalam bacteriophages -virus yang menjangkiti organisma hidup yang paling mudah, bakteria.

Morfologi

Virus datang dalam pelbagai bentuk dan saiz, tetapi ciri ini konsisten untuk setiap keluarga virus. Seperti yang telah kita lihat, semua virion mempunyai genom asid nukleik yang diliputi oleh kapsid pelindung. Protein kapsid dikodkan dalam genom virus, dan dipanggil kapsomer . Sesetengah kapsid virus adalah heliks ringkas atau "sfera" polihedral, manakala yang lain adalah struktur yang agak kompleks ((Rajah)).


Secara umum, kapsid virus dikelaskan kepada empat kumpulan: heliks, ikosahedral, bersampul, dan kepala-dan-ekor. Kapsid heliks adalah panjang dan berbentuk silinder. Banyak virus tumbuhan adalah heliks, termasuk TMV. Virus Icosahedral mempunyai bentuk yang kira-kira sfera, seperti poliovirus atau herpesvirus. Virus yang diselubungi mempunyai membran yang berasal dari sel perumah yang mengelilingi kapsid. Virus haiwan, seperti HIV, sering diselubungi. Virus kepala dan ekor menjangkiti bakteria dan mempunyai kepala yang serupa dengan virus ikosahedral dan ekor berbentuk seperti virus heliks.

Banyak virus menggunakan beberapa jenis glikoprotein untuk melekat pada sel perumah mereka melalui molekul pada sel yang dipanggil reseptor virus . Untuk virus ini, lampiran diperlukan untuk penembusan membran sel kemudian hanya selepas penembusan berlaku barulah virus melengkapkan replikasinya di dalam sel. Reseptor yang digunakan oleh virus adalah molekul yang biasanya terdapat pada permukaan sel dan mempunyai fungsi fisiologi mereka sendiri. Nampaknya virus hanya berkembang untuk menggunakan molekul ini untuk replikasi mereka sendiri. Sebagai contoh, HIV menggunakan molekul CD4 pada limfosit T sebagai salah satu reseptornya ((Rajah)). CD4 ialah sejenis molekul yang dipanggil a molekul lekatan sel, yang berfungsi untuk mengekalkan pelbagai jenis sel imun dalam jarak yang dekat antara satu sama lain semasa penjanaan tindak balas imun limfosit T.


Salah satu virion paling kompleks yang diketahui, bakteria T4 (yang menjangkiti Escherichia coli) bakteria, mempunyai struktur ekor yang digunakan oleh virus untuk melekat pada sel perumah dan struktur kepala yang menempatkan DNAnya.

Adenovirus, virus haiwan tidak bersampul yang menyebabkan penyakit pernafasan pada manusia, menggunakan pancang glikoprotein yang menonjol dari capsomeresnya untuk melekat pada sel perumah. Virus tidak bersampul juga termasuk yang menyebabkan polio (virus polio), ketuat plantar (papillomavirus), dan hepatitis A (virus hepatitis A).

Virion bersampul, seperti virus influenza, terdiri daripada asid nukleik (RNA dalam kes influenza) dan protein kapsid yang dikelilingi oleh sampul dwilapisan fosfolipid yang mengandungi protein berkod virus. Glikoprotein yang tertanam dalam sampul virus digunakan untuk melekat pada sel perumah. Protein sampul lain ialah protein matriks yang menstabilkan sampul dan sering memainkan peranan dalam pemasangan virion keturunan. Cacar air, HIV, dan beguk adalah contoh lain penyakit yang disebabkan oleh virus dengan sampul surat. Oleh kerana kerapuhan sampul surat, virus tidak berselubung lebih tahan terhadap perubahan suhu, pH, dan beberapa pembasmi kuman berbanding virus bersampul.

Secara keseluruhan, bentuk virion dan kehadiran atau ketiadaan sampul memberitahu kita sedikit tentang penyakit yang mungkin disebabkan oleh virus atau spesies yang mungkin dijangkiti, tetapi ia masih merupakan cara yang berguna untuk memulakan pengelasan virus ((Rajah)).


Manakah antara pernyataan berikut tentang struktur virus adalah benar?

  1. Semua virus terbungkus dalam membran virus.
  2. Kapsomer terdiri daripada subunit protein kecil yang dipanggil kapsid.
  3. DNA adalah bahan genetik dalam semua virus.
  4. Glikoprotein membantu virus melekat pada sel perumah.

Jenis Asid Nukleik

Tidak seperti hampir semua organisma hidup yang menggunakan DNA sebagai bahan genetiknya, virus mungkin menggunakan sama ada DNA atau RNA. Teras virus mengandungi genom—jumlah kandungan genetik virus. Genom virus cenderung kecil, hanya mengandungi gen yang menyandikan protein yang tidak dapat diperoleh oleh virus daripada sel perumah. Bahan genetik ini mungkin beruntai tunggal atau berganda. Ia juga mungkin linear atau bulat. Walaupun kebanyakan virus mengandungi asid nukleik tunggal, yang lain mempunyai genom yang dibahagikan kepada beberapa segmen. Genom RNA virus influenza dibahagikan, yang menyumbang kepada kebolehubahan dan evolusi berterusannya, dan menerangkan mengapa sukar untuk membangunkan vaksin terhadapnya.

Dalam virus DNA, DNA virus mengarahkan protein replikasi sel perumah untuk mensintesis salinan baru genom virus dan untuk menyalin dan menterjemahkan genom itu kepada protein virus. Penyakit manusia yang disebabkan oleh virus DNA termasuk cacar air, hepatitis B, dan adenovirus. Virus DNA yang disebarkan secara seksual termasuk virus herpes dan virus papilloma manusia (HPV), yang telah dikaitkan dengan kanser serviks dan ketuat alat kelamin.

Virus RNA hanya mengandungi RNA sebagai bahan genetiknya. Untuk mereplikasi genom mereka dalam sel perumah, virus RNA mesti mengekod enzim mereka sendiri yang boleh mereplikasi RNA menjadi RNA atau, dalam retrovirus, ke dalam DNA. Ini Enzim RNA polimerase lebih berkemungkinan membuat kesilapan penyalinan daripada polimerase DNA, dan oleh itu sering membuat kesilapan semasa transkripsi. Atas sebab ini, mutasi dalam virus RNA berlaku lebih kerap daripada virus DNA. Ini menyebabkan mereka berubah dan menyesuaikan diri dengan lebih pantas kepada hos mereka. Penyakit manusia yang disebabkan oleh virus RNA termasuk influenza, hepatitis C, campak, dan rabies. Virus HIV, yang disebarkan secara seksual, adalah retrovirus RNA.

Cabaran Pengkelasan Virus

Kerana kebanyakan virus mungkin berkembang daripada nenek moyang yang berbeza, kaedah sistematik yang digunakan saintis untuk mengklasifikasikan sel prokariotik dan eukariotik tidak begitu berguna. Jika virus mewakili "sisa" organisma yang berbeza, maka analisis genomik atau protein pun tidak berguna. kenapa?, Kerana virus tidak mempunyai jujukan genomik biasa yang mereka semua kongsi. Sebagai contoh, jujukan rRNA 16S yang sangat berguna untuk membina filogeni prokariot tidak berguna untuk makhluk tanpa ribosom! Ahli biologi telah menggunakan beberapa sistem klasifikasi pada masa lalu. Virus pada mulanya dikumpulkan mengikut morfologi yang dikongsi. Kemudian, kumpulan virus dikelaskan mengikut jenis asid nukleik yang terkandung di dalamnya, DNA atau RNA, dan sama ada asid nukleiknya adalah terkandas tunggal atau berganda. Walau bagaimanapun, kaedah pengelasan awal ini mengumpulkan virus secara berbeza, kerana ia berdasarkan set watak virus yang berbeza. Kaedah pengelasan yang paling biasa digunakan hari ini dipanggil skema klasifikasi Baltimore, dan berdasarkan cara RNA messenger (mRNA) dijana dalam setiap jenis virus tertentu.

Sistem Klasifikasi Lepas

Virus mengandungi hanya beberapa elemen yang boleh dikelaskan: genom virus, jenis kapsid, dan struktur sampul untuk virus bersampul. Semua elemen ini telah digunakan pada masa lalu untuk klasifikasi virus ((Rajah) dan (Rajah)). Genom virus mungkin berbeza dalam jenis bahan genetik (DNA atau RNA) dan organisasinya (beruntai tunggal atau berganda, linear atau bulat, dan bersegmen atau tidak bersegmen). Dalam sesetengah virus, protein tambahan yang diperlukan untuk replikasi dikaitkan secara langsung dengan genom atau terkandung dalam kapsid virus.

  • RNA
  • DNA
  • Virus rabies, retrovirus
  • Herpesvirus, virus cacar
  • Terkandas tunggal
  • Terkandas dua kali
  • Virus rabies, retrovirus
  • Herpesvirus, virus cacar
  • Linear
  • Pekeliling
  • Virus rabies, retrovirus, herpesvirus, virus cacar
  • Papillomavirus, banyak bakteria
  • Tidak bersegmen: genom terdiri daripada satu segmen bahan genetik
  • Bersegmen: genom dibahagikan kepada beberapa segmen
  • Virus parainfluenza
  • Virus influenza


Virus juga boleh dikelaskan mengikut reka bentuk kapsidnya ((Rajah) dan (Rajah)). Kapsid dikelaskan sebagai ikosahedral telanjang, ikosahedral bersampul, heliks bersampul, heliks telanjang, dan kompleks. Jenis bahan genetik (DNA atau RNA) dan strukturnya (beruntai tunggal atau berganda, linear atau bulat, dan bersegmen atau tidak bersegmen) digunakan untuk mengklasifikasikan struktur teras virus ((Rajah)).

Klasifikasi Virus mengikut Struktur Kapsid
Klasifikasi Capsid Contoh
Icosahedral telanjang Virus Hepatitis A, poliovirus
Ikosahedral bersampul Virus Epstein-Barr, virus herpes simplex, virus rubella, virus demam kuning, HIV-1
Bersampul heliks Virus influenza, virus beguk, virus campak, virus rabies
Heliks bogel Virus mozek tembakau
Kompleks dengan banyak protein sesetengahnya mempunyai gabungan struktur kapsid ikosahedral dan heliks Herpesvirus, virus cacar, virus hepatitis B, bakteria T4


Klasifikasi Baltimore

Sistem klasifikasi virus yang paling biasa dan kini digunakan pertama kali dibangunkan oleh ahli biologi pemenang Hadiah Nobel David Baltimore pada awal 1970-an. Sebagai tambahan kepada perbezaan dalam morfologi dan genetik yang dinyatakan di atas, skim klasifikasi Baltimore mengelompokkan virus mengikut cara mRNA dihasilkan semasa kitaran replika virus.

Virus Kumpulan I mengandungi DNA untai dua (dsDNA) sebagai genomnya. MRNA mereka dihasilkan melalui transkripsi dengan cara yang sama seperti DNA selular, menggunakan enzim sel perumah.

Virus Kumpulan II mempunyai DNA untai tunggal (ssDNA) sebagai genomnya. Mereka menukar genom untaian tunggal mereka menjadi perantaraan dsDNA sebelum transkripsi kepada mRNA boleh berlaku.

Virus Kumpulan III menggunakan dsRNA sebagai genomnya. Helaian berasingan, dan salah satu daripadanya digunakan sebagai templat untuk penjanaan mRNA menggunakan polimerase RNA yang bergantung kepada RNA yang dikodkan oleh virus.

Virus Kumpulan IV mempunyai ssRNA sebagai genomnya dengan a kekutuban positif, yang bermaksud bahawa RNA genomik boleh berfungsi secara langsung sebagai mRNA. Perantaraan dsRNA, dipanggil perantaraan replikatif , dibuat dalam proses menyalin RNA genom. Berbilang, helai RNA penuh panjang kekutuban negatif (pelengkap kepada RNA genomik terkandas positif) terbentuk daripada perantaraan ini, yang kemudiannya boleh berfungsi sebagai templat untuk penghasilan RNA dengan kekutuban positif, termasuk kedua-dua RNA genomik penuh dan mRNA virus yang lebih pendek.

Virus Kumpulan V mengandungi genom ssRNA dengan kekutuban negatif, bermakna urutannya adalah pelengkap kepada mRNA. Seperti virus Kumpulan IV, perantaraan dsRNA digunakan untuk membuat salinan genom dan menghasilkan mRNA. Dalam kes ini, genom terkandas negatif boleh ditukar terus kepada mRNA. Selain itu, helai RNA positif penuh dibuat untuk berfungsi sebagai templat untuk penghasilan genom terkandas negatif.

Virus Kumpulan VI mempunyai genom ssRNA diploid (dua salinan) yang mesti ditukar, menggunakan enzim reverse transcriptase , kepada dsDNA dsDNA kemudiannya diangkut ke nukleus sel perumah dan dimasukkan ke dalam genom perumah. Kemudian, mRNA boleh dihasilkan melalui transkripsi DNA virus yang disepadukan ke dalam genom tuan rumah.

Virus Kumpulan VII mempunyai genom dsDNA separa dan membuat perantaraan ssRNA yang bertindak sebagai mRNA, tetapi juga ditukar semula menjadi genom dsDNA oleh transkripase terbalik, yang diperlukan untuk replikasi genom.

Ciri-ciri setiap kumpulan dalam klasifikasi Baltimore diringkaskan dalam (Rajah) dengan contoh setiap kumpulan.

Klasifikasi Baltimore
Kumpulan Ciri-ciri Mod Pengeluaran mRNA Contoh
saya DNA rantai dua mRNA ditranskripsi terus daripada templat DNA Herpes simplex (herpesvirus)
II DNA untai tunggal DNA ditukar kepada bentuk untai dua sebelum RNA ditranskripsi Parvovirus anjing (parvovirus)
III RNA bertali dua mRNA ditranskripsikan daripada genom RNA Gastroenteritis kanak-kanak (rotavirus)
IV RNA terkandas tunggal (+) Genom berfungsi sebagai mRNA Selsema biasa (picornavirus)
V RNA untai tunggal (-) mRNA ditranskripsikan daripada genom RNA Rabies (rhabdovirus)
VI Virus RNA terkandas tunggal dengan transkripase terbalik Transkripase terbalik menjadikan DNA daripada genom RNA DNA kemudiannya digabungkan dalam mRNA genom tuan rumah ditranskripsi daripada DNA yang digabungkan Virus kekurangan imun manusia (HIV)
VII Virus DNA terkandas berganda dengan transkripase terbalik Genom virus ialah DNA untai dua, tetapi DNA virus direplikasi melalui perantaraan RNA, RNA boleh berfungsi secara langsung sebagai mRNA atau sebagai templat untuk membuat mRNA Virus Hepatitis B (hepadnavirus)

Ringkasan Bahagian

Virus ialah entiti bukan selular yang kecil yang biasanya boleh dilihat hanya dengan mikroskop elektron. Genom mereka mengandungi sama ada DNA atau RNA-tidak pernah kedua-duanya-dan mereka mereplikasi sama ada dengan menggunakan protein replikasi sel perumah atau dengan menggunakan protein yang dikodkan dalam genom virus. Virus adalah pelbagai, menjangkiti archaea, bakteria, kulat, tumbuhan, dan haiwan. Virus terdiri daripada teras asid nukleik yang dikelilingi oleh kapsid protein dengan atau tanpa sampul lipid luar. Bentuk kapsid, kehadiran sampul surat, dan komposisi teras menentukan beberapa elemen klasifikasi virus. Kaedah pengelasan yang paling biasa digunakan, klasifikasi Baltimore, mengkategorikan virus berdasarkan cara ia menghasilkan mRNA mereka.

Sambungan Seni

(Rajah) Manakah antara pernyataan berikut tentang struktur virus adalah benar?


Penemuan baru menunjukkan sel manusia boleh menulis urutan RNA ke dalam DNA

Sel mengandungi jentera yang menduplikasi DNA menjadi set baharu yang masuk ke dalam sel yang baru terbentuk. Kelas mesin yang sama itu, dipanggil polimerase, juga membina mesej RNA, yang seperti nota yang disalin daripada repositori DNA pusat resipi, supaya ia boleh dibaca dengan lebih cekap ke dalam protein. Tetapi polimerase dianggap hanya berfungsi dalam satu arah DNA ke dalam DNA atau RNA. Ini menghalang mesej RNA daripada ditulis semula ke dalam buku resipi induk DNA genomik. Kini, penyelidik Universiti Thomas Jefferson memberikan bukti pertama bahawa segmen RNA boleh ditulis semula ke dalam DNA, yang berpotensi mencabar dogma utama dalam biologi dan boleh mempunyai implikasi luas yang mempengaruhi banyak bidang biologi.

"Kerja ini membuka pintu kepada banyak kajian lain yang akan membantu kita memahami kepentingan mempunyai mekanisme untuk menukar mesej RNA kepada DNA dalam sel kita sendiri, " kata Richard Pomerantz, PhD, profesor bersekutu biokimia dan biologi molekul di Universiti Thomas Jefferson . "Realiti bahawa polimerase manusia boleh melakukan ini dengan kecekapan tinggi, menimbulkan banyak persoalan." Sebagai contoh, penemuan ini menunjukkan bahawa mesej RNA boleh digunakan sebagai templat untuk membaiki atau menulis semula DNA genomik.

Kerja itu diterbitkan pada 11 Jun dalam jurnal Kemajuan Sains.

Bersama pengarang pertama Gurushankar Chandramouly dan rakan usaha sama lain, pasukan Dr. Pomerantz bermula dengan menyiasat satu polimerase yang sangat luar biasa, dipanggil polymerase theta. Daripada 14 polimerase DNA dalam sel mamalia, hanya tiga yang melakukan sebahagian besar kerja menduplikasi keseluruhan genom untuk menyediakan pembahagian sel. Baki 11 kebanyakannya terlibat dalam mengesan dan membuat pembaikan apabila terdapat pecah atau ralat pada helai DNA. Polimerase theta membaiki DNA, tetapi sangat mudah ralat dan membuat banyak kesilapan atau mutasi. Oleh itu para penyelidik mendapati bahawa beberapa kualiti "buruk" polimerase theta adalah yang dikongsi dengan mesin selular yang lain, walaupun satu lagi biasa dalam virus - transkripase terbalik. Seperti Pol theta, transkripase terbalik HIV bertindak sebagai polimerase DNA, tetapi juga boleh mengikat RNA dan membaca RNA kembali ke dalam untaian DNA.

Dalam satu siri eksperimen yang elegan, para penyelidik menguji polymerase theta terhadap transkripase terbalik daripada HIV, yang merupakan salah satu kajian terbaik seumpamanya. Mereka menunjukkan bahawa polimerase theta mampu menukarkan mesej RNA kepada DNA, yang dilakukannya serta transkripase terbalik HIV, dan ia sebenarnya melakukan kerja yang lebih baik daripada ketika menduplikasi DNA kepada DNA. Polymerase theta adalah lebih cekap dan memperkenalkan lebih sedikit ralat apabila menggunakan templat RNA untuk menulis mesej DNA baharu, berbanding apabila menduplikasi DNA ke dalam DNA, menunjukkan bahawa fungsi ini boleh menjadi tujuan utamanya dalam sel.

Kumpulan itu bekerjasama dengan makmal Dr. Xiaojiang S. Chen di USC dan menggunakan kristalografi sinar-x untuk mentakrifkan struktur dan mendapati bahawa molekul ini mampu mengubah bentuk untuk menampung molekul RNA yang lebih besar -- satu pencapaian yang unik di kalangan polimerase.

"Penyelidikan kami mencadangkan bahawa fungsi utama polimerase theta adalah untuk bertindak sebagai transkripase terbalik," kata Dr Pomerantz. "Dalam sel yang sihat, tujuan molekul ini mungkin ke arah pembaikan DNA pengantara RNA. Dalam sel yang tidak sihat, seperti sel kanser, polymerase theta sangat dinyatakan dan menggalakkan pertumbuhan sel kanser dan rintangan dadah. Ia akan menjadi menarik untuk memahami lebih lanjut bagaimana aktiviti polymerase theta pada RNA menyumbang kepada pembaikan DNA dan percambahan sel kanser."

Penyelidikan ini disokong oleh geran NIH 1R01GM130889-01 dan 1R01GM137124-01, dan R01CA197506 dan R01CA240392. Penyelidikan ini juga disokong sebahagiannya oleh geran Yayasan Penyelidikan Kanser Menara.