التقدم في علم التخلق الفيروسي. Advances in Virus Epigenetics

 

يشير علم التخلق (او علم ما فوق الجينوم Epigenetics) إلى التغييرات أو التعديلات في التسلسل الجيني التي تحدث "حول" أو "فوق" أو "بالإضافة إلى" علم الوراثة التقليدي.  عدة أنواع من التعديلات الوراثية اللاجينية التي يمكن أن تحدث ، بما في ذلك مثيلة الحمض النووي DNA methylation، وتعديلات الهيستون histone modification، وتحديد المواقع النووي nucleosome positioning وإسكات الحمض النووي الريبي RNA-associated silencing.  تؤثر هذه الآليات اللاجينية على توافر الجينات المراد تنشيطها (تشغيل أو إيقاف تشغيل) والتي بدورها تؤثر على أنماط التعبير الجيني والعمليات الخلوية المهمة.

تدفع الأنماط التنظيمية اللاجينومية إلى آليات نمو الخلايا والتمايز المتورطة في التطور وعلم الأمراض.  ومن المثير للاهتمام أن التقدم التكنولوجي يتيح الآن فك رموز أنماط الجينوم ، واكتشاف خرائط الاتصال الجزيئي المعقدة بين الجينوم ومخرجاته الوظيفية.

كيف يمكن للفيروس أن يستخدم العوامل المساعدة اللاجينية لتعطيل المسارات الخلوية والمساعدة في التحكم في دورة حياتها؟

 كانت هناك أدلة متزايدة على أن الفيروسات تستغل العمليات اللاجينية للتحكم في دورات حياتها.  لم يتم توضيح الدور الذي يلعبه علم التخلق في تنظيم الالتهابات الفيروسية بشكل كامل ، ولم يبدأ التنظيم اللاجيني للتعبير الجيني الفيروسي في الظهور إلا مؤخرا.  عادة ما يكون التنظيم اللاجيني أثناء العدوى الفيروسية ثنائي الاتجاه.

يستخدم الفيروس العوامل الخلوية المضيفة للنسخ أو النسخ المتماثل والعوامل المساعدة اللاجينية مثل هيستون أسيتيليز ، ديسيتيليز ، ميثيليز ، وديميثيليز في التحكم في دورة حياتها. وقد ثبت أن مسببات الأمراض الفيروسية تؤدي إلى خلل جيني في المسارات الخلوية من أجل تحسين نسخها أو تكاثرها أو تفادي الاستجابة المناعية الفطرية للخلايا.

 بالنسبة للعديد من أنواع الفيروسات ، يعتمد الثبات النووي على ما يعرف ب genome chromatization ، حيث يرتبط الحمض النووي للفيروس ببروتينات الهيستون الأساسية ، ويشكل حلقات أثناء العدوى الكامنة.  يقوم دمج الفيروسات مثل الفيروسات القهقرية retroviruses والفيروسات البطيئة lentiviruses بإدخال الحمض النووي الخاص بها في جينوم المضيف ، مما يسهل ارتباط الهيستون بحيث يخضع الكروماتين الفيروسي لتعديلات الهستون.  هذا الإبيجينوم الفيروسي ، مثل آلية الخلية المضيفة ، له تأثير كبير على التعبير الجيني الفيروسي وتكاثره.

ما هو تأثير خلل التنظيم هذا على الخلايا والأعضاء؟

 سوف تعطل الفيروسات بيولوجيا الخلية المضيفة والعمليات اللاجينية من أجل تعزيز تكاثرها.  سيؤدي هذا إلى عدم استقرار في العمليات البيولوجية للمضيف عن طريق تعطيل عوامل مثل تكرار الحمض النووي ونسخه ويمكن أن يثبط مسارات الاستجابة المناعية.

 من المهم أن نلاحظ أن العدوى الفيروسية ليست مرادفة للمرض ، حيث أن العديد من العدوى الفيروسية تكون تحت الإكلينيكية (أي بدون أعراض ، أو غير ظاهرة) ، في حين أن البعض الآخر ينتج عنه مرض متفاوت الخطورة يصاحبه عادة علامات سريرية مميزة في المضيف المصاب.  سوف يصيب الفيروس مضيفهم وينتشر ثم يدمر الأنسجة المستهدفة.

كيف تم استخدام الشريحة الإلكترونية الدقيقة ChIP لفهم فيروس كورونا الجديد؟

 لقد كان التنظيم الجيني موضوع اهتمام شديد بسبب قدرته المحتملة على الحفاظ على التعبير الجيني المستقر عند الضرورة مع المرونة في الاستجابة للتغيرات في البيئة.

 

مرض فيروس كورونا 2019 (COVID-19) هو مرض تنفسي ناتج عن متلازمة الجهاز التنفسي الحادة الوخيمة ، فيروس كورونا 2 (SARS-CoV-2) ، هو فيروس RNA جديد وحيد الخيط من عائلة Coronaviridae.  يمكن أن يترافق المرض مع مظاهر تنفسية وخيمة و عواصف السايتوكاينات الخلوية و الموت.

 إن ظهور Covid-19 والاختلاف في تطور المرض بين كبار السن ، والذين يعانون من ظروف صحية أساسية ولكن يبدو أنهم يتمتعون أيضا بصحة جيدة ، هو بلا شك مزيج من عدة عوامل مساهمة حيث قد تلعب الوراثة اللاجينية دورا مهمًا.

مختبر على رقاقة Lab on ChIP 

مثال:

 Credit: Optofluidic Bioassay, LLC

يمكن أن يكون اختبار الأجسام المضادة لـ COVID-19 محمولا وسريعا ورخيصا ودقيقا للغاية - أربع سمات عادة ما تكون متبادلة - ممكنا باستخدام جهاز ميكروفلويديك تم اختراعه في جامعة ميشيغان وتم تطويره بواسطة U-M Startup Optofluidic Bioassay.

جهاز ميكروفلويديك ، أو "مختبر على رقاقة" ، يعمل على تقليص وظائف المختبر المتعددة على شريحة واحدة بحجم مليمترات أو سنتيمترات فقط.  تتيح التقنية نتائج أسرع بأحجام عينات أصغر.

 يُعتقد أن النظام الجديد هو أول نهج لبروتوكول اختبار قياسي ذهبي يُعرف باسم ELISA.  نشر باحثو U-M سابقا نتائج تظهر أن أجهزتهم يمكن أن تعمل بالإضافة إلى إعداد ELISA القياسي والأبطأ والأكبر.  إنهم يقومون حاليا بالتحقق من صحتها للاستخدام على الأجسام المضادة لـ COVID-19.

 لقد أثبتوا أنهم قادرون على اكتشاف الأجسام المضادة الاصطناعية لـ COVID-19 وهم يعملون مع باحثين في مستشفى في نيوجيرسي على تجارب مع دم بشري من مرضى COVID-19.