Геном старейшего в мире РНК-вируса получен из легочной ткани возрастом 250 лет

Фото из открытых источников

Примерно 250 лет назад в Лондоне женщина простудилась. Возможно, само по себе это не слишком примечательный факт, но ученым удалось идентифицировать геном вируса по сохранившимся медицинским образцам. Это не только свидетельствует о том, что это самый древний подтвержденный человеческий РНК-вирус, но и может позволить ученым проследить его эволюцию как причины заболеваний у людей.

РНК-вирусы — это группа организмов, генетический материал которых состоит из рибонуклеиновой кислоты (РНК) — молекулы нуклеиновой кислоты, которая в клетках человека необходима для кодирования, декодирования, регулирования и экспрессии генов. Многие из наиболее смертоносных вирусов, поражавших людей по всему миру в последние десятилетия, относятся к этой группе, включая грипп, ВИЧ, Эболу, полиовирус, COVID-19 и даже обычную простуду (риновирус).

Вполне вероятно, что эти вирусы, если можно так выразиться, веками поражали человечество. Например, существуют свидетельства из Древнего Египта, датируемые примерно 1500 годом до нашей эры, которые показывают, что некоторые люди жили с последствиями полиомиелита. Но хотя мы можем быть уверены, что эти вирусы взаимодействовали с людьми в прошлом, мы не смогли оценить их общее воздействие в контекстах, предшествующих XX веку. 

Однако в последние годы наблюдается значительный прогресс в палеогеномике — области, изучающей и реконструирующей древние нуклеиновые кислоты из окаменелых или хорошо сохранившихся образцов. Эти достижения позволили ученым охарактеризовать патогены, скрытые в человеческих останках, анализ которых ранее был невозможен.

В предыдущих работах удалось реконструировать многочисленные геномы вируса гепатита В из древних образцов, датируемых бронзовым веком, которые были использованы для понимания его эволюции в связи с людьми, которых он поражал.

Однако, несмотря на этот прогресс, выделение вирусных РНК-геномов из исторических образцов остается сложной задачей. Это связано с их структурой: РНК может существовать в виде одноцепочечных молекул, которые не очень стабильны (особенно по сравнению с ДНК или даже двухцепочечной РНК). В то же время РНК, как правило, недолго сохраняется в окружающей среде.

Одним из способов решения этой проблемы стало выделение РНК из исторических образцов тканей, хранящихся в анатомических и патологоанатомических коллекциях. Начиная с 1990 года, многие из этих коллекций консервируют свои образцы в формалине — органическом соединении, известном своей способностью сохранять РНК. Это позволило провести важную реконструкцию вирусных геномов, таких как вирусы гриппа А и кори. 

Но, как вы, вероятно, уже догадались, это по-прежнему создает проблему: как получить доступ к РНК из образцов, полученных до начала использования формалина?

В своем последнем исследовании международная группа ученых смогла идентифицировать вирусные РНК-геномы из РНК, полученной из медицинских образцов, собранных около 250 лет назад. Эти образцы — один принадлежал женщине из Лондона, умершей в 1700-х годах, а другой — неизвестному человеку, вероятно, умершему около 1877 года, — хранились в Хантерианском анатомическом музее при Университете Глазго. Оба образца были законсервированы в спирте и имели документальные свидетельства тяжелого респираторного заболевания.

Идентифицировав образцы, команда приступила к выделению РНК и ДНК из легочной ткани. Это была непростая задача. Выделенная ими РНК была фрагментирована, причем большинство фрагментов имели длину в среднем от 20 до 30 нуклеотидов. Это чрезвычайно мало, особенно если учесть, что средние живые клетки содержат молекулы РНК, которые обычно имеют длину более 1000 нуклеотидов.

Но благодаря настойчивости команде в конечном итоге удалось реконструировать весь РНК-геном риновируса, выделенного от женщины, умершей в 1700-х годах.

«Наш протокол экстракции позволяет уникальным образом выделять ДНК и РНК из одного и того же образца, предоставляя всестороннее представление о молекулярной истории музейных экспонатов», — пишут исследователи в своей размещенной на bioRxiv препринтной статье, которая еще не прошла рецензирование.

После реконструкции генома команда сравнила его с базой данных Национальных институтов здравоохранения США. Эта общедоступная база данных содержит записи геномов миллионов вирусов со всего мира. На основе этого анализа им удалось показать, что реконструированный вирус, вероятно, является разновидностью риновируса человека типа А, который вымер, но тесно связан с современным генотипом A19.

«Наш анализ показывает, что исторический геном [риновируса человека] А представляет собой вымершую линию, тесно связанную с HRV A19, и предполагает динамическую смену генотипов [риновируса человека] А», — пишут исследователи.

Помимо простуды, у женщины также были дополнительные бактериальные инфекции, вызывающие заболевания дыхательных путей. К ним относились Streptococcus pneumoniae, Moraxella catarrhalis и Haemophilus influenzae.

«Риновирусные инфекции обычно ограничиваются верхними дыхательными путями, но известно, что они могут поражать и нижние дыхательные пути и вызывать тяжелые заболевания при наличии сопутствующих бактериальных инфекций», — поясняют исследователи. «Этот клинический сценарий хорошо известен сегодня, но редко описывался в медицинских текстах XVIII века».

Это открытие представляет собой значительный шаг в области палеогеномики, поскольку демонстрирует возможность выделения РНК из коллекций, созданных до появления формалина. Получив доступ к этим ранее недоступным образцам, мы сможем лучше понять, как существующие вирусы могут эволюционировать в будущем.