С помощью VirScan ученые могут запускать один тест, чтобы определить, какие вирусы заразили человека, вместо того, чтобы ограничивать свой анализ конкретными вирусами. Такой беспристрастный подход может выявить неожиданные факторы, влияющие на здоровье отдельных пациентов, а также расширить возможности для анализа и сравнения вирусных инфекций в больших популяциях. Стоимость комплексного анализа составляет около 25 долларов за образец крови.
Стивен Элледж, исследователь HHMI в Бригаме и женской больнице, руководил разработкой VirScan. «Мы разработали методологию скрининга, чтобы в основном заглядывать в прошлое в сыворотки [крови] людей и видеть, с какими вирусами они столкнулись», — говорит он. «Вместо тестирования одного отдельного вируса за раз, что является трудоемким, мы можем проанализировать все сразу. Это универсальный магазин».Элледж и его коллеги уже использовали VirScan для проверки крови 569 человек в США, Южной Африке, Таиланде и Перу. Ученые описали новую технологию и сообщили о своих выводах в выпуске журнала Science от 5 июня 2015 года.
VirScan работает путем скрининга крови на антитела против любого из 206 видов вирусов, которые, как известно, заражают людей. Иммунная система наращивает выработку патоген-специфических антител, когда впервые сталкивается с вирусом, и может продолжать вырабатывать эти антитела в течение многих лет или десятилетий после того, как избавится от инфекции. Это означает, что VirScan не только идентифицирует вирусные инфекции, с которыми активно борется иммунная система, но также предоставляет историю прошлых инфекций человека.Для разработки нового теста Элледж и его коллеги синтезировали более 93 000 коротких фрагментов ДНК, кодирующих различные сегменты вирусных белков.
Они внедрили эти фрагменты ДНК в вирусы, заражающие бактерии, называемые бактериофагами. Каждый бактериофаг производил один из белковых сегментов, известный как пептид, и отображал пептид на своей поверхности.
Как группа, бактериофаг показал все белковые последовательности, обнаруженные в более чем 1000 известных штаммов вирусов человека.Антитела в крови находят свои вирусные мишени, распознавая уникальные особенности, известные как эпитопы, которые встроены в белки на поверхности вируса.
Для выполнения анализа VirScan всем бактериофагам, отображающим пептиды, позволяют смешаться с образцом крови. Противовирусные антитела в крови обнаруживают и связываются со своими целевыми эпитопами в отображаемых пептидах. Затем ученые извлекают антитела и смывают все, кроме нескольких прилипших к ним бактериофагов. Посредством секвенирования ДНК этих бактериофагов они могут определить, какие части вирусного белка были захвачены антителами в образце крови.
Это говорит ученым, с какими вирусами иммунная система человека ранее сталкивалась — в результате инфекции или вакцинации. По оценке Elledge, для обработки 100 образцов потребуется около 2-3 дней, если секвенирование работает оптимально. Он оптимистично настроен, что скорость анализа увеличится по мере дальнейшего развития.
Чтобы протестировать метод, команда использовала его для анализа образцов крови пациентов, которые, как известно, инфицированы определенными вирусами, включая ВИЧ и гепатит С. «Оказывается, он действительно хорошо работает, — говорит Элледж. «Мы находились в диапазоне чувствительности от 95 до 100 процентов для этих вирусов, и специфичность была хорошей — мы не идентифицировали людей, которые были отрицательными. Это вселяло в нас уверенность в том, что мы можем обнаруживать другие вирусы, и когда мы действительно их видели мы бы знали, что они настоящие ".Элледж и его коллеги использовали VirScan для анализа антител у 569 человек из четырех стран, изучив около 100 миллионов потенциальных взаимодействий антитело / эпитоп.
Они обнаружили, что в среднем у каждого человека были антитела к десяти различным видам вирусов. Как и ожидалось, антитела против определенных вирусов были распространены среди взрослых, но не среди детей, что свидетельствует о том, что дети еще не подвергались воздействию этих вирусов. Люди, проживающие в Южной Африке, Перу и Таиланде, как правило, имели антител против большего количества вирусов, чем люди в Соединенных Штатах.
Исследователи также обнаружили, что люди, инфицированные ВИЧ, имеют антител против гораздо большего количества вирусов, чем люди без ВИЧ.Элледж говорит, что команда была удивлена, обнаружив, что ответы антител против определенных вирусов были на удивление похожими у разных людей, при этом антитела разных людей распознавали идентичные аминокислоты в вирусных пептидах. «Только в этой статье мы идентифицировали больше взаимодействий антитело / пептид с вирусными белками, чем было идентифицировано в предыдущей истории всех вирусных исследований», — говорит он. Удивительная воспроизводимость этих взаимодействий позволила команде уточнить свой анализ и повысить чувствительность VirScan, и Элледж говорит, что этот метод будет улучшаться по мере того, как его команда анализирует больше образцов.
Их выводы о вирусных эпитопах также могут иметь важное значение для дизайна вакцины.Элледж говорит, что подход, разработанный его командой, не ограничивается антивирусными антителами. Его собственная лаборатория также использует его для поиска антител, которые атакуют собственные ткани организма при определенных аутоиммунных заболеваниях, связанных с раком.
Аналогичный подход можно также использовать для скрининга антител против других типов патогенов.