Теперь исследователи секвенировали весь геном и все продукты РНК наиболее важной патогенной линии Cryptococcus neoformans, штамма под названием H99. Результаты, опубликованные 17 апреля в журнале PLOS Genetics, также описывают ряд генетических изменений, которые могут произойти после лабораторной обработки H99, которые делают его более восприимчивым к стрессу, препятствуют его способности к половому размножению и делают его менее опасным.
Исследование представляет собой сборник правил, который можно использовать, чтобы понять, как патоген вызывает заболевание, и разработать методы, которые не позволят ему превратиться в еще более смертоносные штаммы.
"Мы начинаем понимать, что движет этим организмом. Имея тщательно аннотированный геном H99, мы можем исследовать, как этот и подобные ему организмы могут изменяться и мутировать, и начать понимать, почему их нелегко убить противогрибковыми препаратами », – сказал соавтор исследования Джон Перфект, М.D., профессор медицины в Duke, который впервые выделил H99 у пациента с криптококковым менингитом 36 лет назад.
Грибок Cryptococcus neoformans является основным патогеном человека, который в первую очередь поражает людей с ослабленной иммунной системой, например пациентов, перенесших трансплантацию, или людей, инфицированных ВИЧ / СПИДом. Исследователи потратили много лет на проведение генетических, молекулярных исследований и исследований вирулентности Cryptococcus neoformans, сосредоточив внимание почти исключительно на штамме H99, первоначально изолированном в Duke. Интересно, что исследователи заметили, что со временем штамм становился все менее и менее вирулентным по мере того, как они выращивали его в лаборатории.
"Вирулентность или способность этого организма вызывать заболевание у мышей или людей не очень стабильна. Он меняется, и его можно быстро потерять или приобрести. Когда организм находится в хозяине, он находится в одном состоянии, но когда мы вынимаем его из хозяина и начинаем выращивать в лаборатории, он начинает мутировать ", – сказал Фред Дитрих, старший автор исследования и доцент кафедры молекулярной генетики и микробиологии.
Медицинский факультет Университета Дьюка.
Дитрих и его коллеги решили, что лучший способ исследовать, как вирулентность этого патогена может изменяться с течением времени, – это разработать тщательно аннотированную геномную карту штамма H99 как в его исходном состоянии, так и после его культивирования. В усилии, на которое ушло десять лет и десятки сотрудников, исследователи секвенировали исходный H99 и девять других культивируемых вариантов, проанализировав как геном, генетический код, записанный в ДНК, так и транскриптом, молекулы РНК, которые занимают вторую позицию. шаг в потоке генетической информации от ДНК к РНК к белку.
Исследователи обнаружили, что организм обладает рядом молекулярных уловок, таких как способность генерировать генетические сообщения из обеих цепей ДНК, которые позволяют ему адаптироваться и выживать в меняющихся условиях.
«Cryptococcus neoformans должен справляться с большим количеством различных стрессов и, вероятно, нуждается в очень гибком метаболизме. Заманчиво предположить, что его сложный метаболизм РНК обеспечивает механизм для достижения такой гибкости », – сказал Гильхем Джанбон, доктор философии.D., ведущий автор исследования и преподаватель молекулярной микологии в Институте Пастера.
Они также обнаружили, что оригинальные и культивируемые сорта на удивление похожи друг на друга. После сканирования 20 миллионов A, C, T и G, составляющих генетический код патогена, они обнаружили только 11 однонуклеотидных вариантов и 11 вставок или делеций, которые могли бы объяснить, почему культивируемые штаммы вели себя по-разному.
«Наши результаты обеспечивают основу, необходимую для понимания того, как этот организм вызывает заболевание, потому что следующий шаг будет включать в себя мутацию каждого гена один за другим, чтобы увидеть, какие из них необходимы для патогенеза», – сказал Джозеф Хейтман, штат Массачусетс.D., Ph.D., старший автор исследования и профессор кафедры молекулярной генетики и микробиологии в Duke.
Результаты не только помогут исследователям изучить этот конкретный организм, но также могут послужить отправной точкой для исследований других штаммов Cryptococcus neoformans.
«Этот геном будет служить важным эталоном для данной области, чтобы позволить широкий спектр анализа от изучения отдельных генов до сравнения геномов и транскриптомов других штаммов и состояний», – сказала Кристина Куомо, доктор философии.D., соавтор исследования и руководитель группы по секвенированию и анализу генома грибов в Институте Броуда. «Мы уже используем этот геном для идентификации вариантов в последовательности сотен дополнительных изолятов Cryptococcus neoformans."