تفاوت‌های ژنومی انتخاب شده از طریق تکامل ممکن است سرنخ‌هایی در مورد اینکه چرا پیامدهای COVID-19 بسیار متفاوت است ارائه دهد.

اگرچه شرایط پزشکی زمینه‌ای نقش مهمی ایفا می‌کند، اما بسیاری از جنبه‌های این که چرا شدت کووید-19 می‌تواند از یک بیمار به بیمار دیگر بسیار متفاوت باشد، نامشخص باقی مانده است.

یک مطالعه جدید ده‌ها تنوع ژنومی را شناسایی می‌کند که ممکن است این تفاوت‌های پیش‌بینی سخت را در نتایج بالینی ایجاد کند. طبق تحقیقات انجام شده توسط دانشمندان دانشگاه پنسیلوانیا، انواع ژنومی در چهار ژن که برای عفونت SARS-CoV-2 حیاتی هستند، از جمله ژن ACE2، اهداف انتخاب طبیعی بوده و با شرایط سلامتی که در بیماران کووید-19 دیده می‌شود، مرتبط است.

این تحقیق که از داده‌های ژنومی جمعیت‌های مختلف جهانی استفاده می‌کند، نشان می‌دهد که این گونه‌ها ممکن است در پاسخ به برخوردهای گذشته با ویروس‌های مشابه SARS-CoV-2 تکامل یافته باشند. تیم تحقیقاتی یافته های خود را در مجله منتشر کرد مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم.

سارا تیشکف، نویسنده همکار در این کار، می‌گوید: «این مطالعه رویکرد آزمایشگاه من به مطالعات ژنومی را نشان می‌دهد: ما از آنچه در طبیعت اتفاق می‌افتد و نشانه‌های انتخاب طبیعی برای شناسایی انواع مهم عملکردی که بر سلامت و بیماری تأثیر می‌گذارند، استفاده می‌کنیم.» استاد دانشگاه دانش با انتصاب در دانشکده پزشکی پرلمن و دانشکده هنر و علوم. طبیعت قبلاً غربالگری‌های زیادی را انجام داده است و می‌تواند سرنخ‌هایی در مورد اینکه چه بخش‌هایی از ژنی مانند ACE2 برای عفونت مهم است به ما بدهد.

در حالی که گروه‌های دیگر مطالعات مرتبط با ژنوم گسترده‌ای را برای شناسایی انواع ژنتیکی مرتبط با شدت کووید-19 انجام داده‌اند، این اولین موردی است که شامل آفریقایی‌ها از نظر قومیتی متنوع و مجموعه داده‌ای بسیار متنوع از بانک زیستی Penn Medicine است. شامل این گروه‌هایی که اغلب نادیده گرفته می‌شوند، انواع جدیدی را نشان داد که ممکن است از نظر بالینی مهم باشند.

سیگنال های انتخاب

قبل از اینکه COVID-19 حتی به عنوان یک بیماری همه گیر اعلام شود، جورجیو سیروگو از دانشکده پزشکی پرلمن این فرضیه را مطرح کرد که یک مبنای ژنتیکی برای حساسیت به پیامدهای شدیدتر یا محافظت از آنها وجود دارد.

سیروگو، یکی از نویسندگان مقاله، می گوید: «این ایده واقعاً یک ایده کلاسیک است، که بیماری های عفونی یک جزء ژنتیکی میزبان دارند. او با تیشکف و سایر همکارانش تماس گرفت تا با رویکرد ژنتیک جمعیت شروع به پرداختن به این سوال کند.

محققان بر روی تعداد انگشت شماری از ژن‌ها تمرکز کردند که در نحوه ورود SARS-CoV-2 به سلول‌ها نقش دارند: ACE2، TMPRSS2، DPP4 و LY6E. آنها از داده های ژنومی 2012 آفریقایی با تنوع قومی استفاده کردند، از جمله افرادی که شیوه های زندگی سنتی شکارچی، دامداری و کشاورزی را انجام می دهند، و همچنین 15977 نفر از میراث اروپایی و آفریقایی از بانک زیستی Penn Medicine، که همگی داده های پرونده الکترونیک سلامت را در اختیار داشتند. در دسترس.

محققان در جستجوی تغییراتی در این ژن‌ها که شواهدی مبنی بر انتخاب شدنشان در طول زمان تکامل نشان می‌دهد، 41 نوع را در ژن ACE2 پیدا کردند که بر توالی اسید آمینه پروتئین تأثیر می‌گذارد. اگر چه این گونه‌ها زمانی که تیم به جمعیت جمع‌آوری شده جهانی نگاه می‌کرد، نادر بود، در میان جمعیت شکارچی-جمع‌آوران آفریقای مرکزی سه نوع رایج بود.

تیشکف می گوید: «این واقعاً برای ما متمایز بود. این گروهی است که در یک محیط گرمسیری زندگی می‌کنند و به جست‌وجوی گوشت بوته‌ها ادامه می‌دهند و زمان زیادی را در جنگل می‌گذرانند. آنها احتمالاً در معرض انواع ویروس‌های معرفی‌شده از حیوانات هستند. و البته SARS-CoV. اعتقاد بر این است که -2 از یک حیوان به انسان منتقل شده است. بنابراین اگرچه این جمعیت در گذشته دقیقاً در معرض این ویروس قرار نمی‌گرفتند، اما می‌توانستند در معرض انواع مشابهی از ویروس‌ها قرار بگیرند.»

به عبارت دیگر، این گونه ها ممکن است به این دلیل تکامل یافته باشند که یک اثر محافظتی در برابر ویروس هایی با شباهت به SARS-CoV-2 ارائه می دهند. این گونه‌ها نشانه‌هایی از انتخاب مثبت نشان دادند، شواهد بیشتری مبنی بر اینکه مزیت تناسب اندام دارند.

نشانه‌های انتخاب طبیعی نه تنها در بخش‌هایی از ژنوم که ACE2 و ژن‌های دیگر را کد می‌کنند، بلکه در مناطقی که به عنوان مناطق تنظیم‌کننده شناخته می‌شوند، وجود داشت که بر نحوه و مکان بیان آن ژن‌ها تأثیر می‌گذارد. به نظر می‌رسد که بسیاری از این گونه‌ها در معرض آنچه به عنوان انتخاب تصفیه‌کننده شناخته می‌شود، بوده‌اند، که زمانی اتفاق می‌افتد که نیروهای تکاملی برای حذف انواع با تأثیرات منفی بر تناسب اندام اتفاق می‌افتند.

چائو ژانگ، فوق دکترای آزمایشگاه Tishkoff و یکی از نویسندگان ارشد، می‌گوید: «ما سیگنال‌های قابل‌توجهی از انتخاب طبیعی را در مناطق تنظیم‌کننده ACE2 دیدیم. “من شخصا فکر می کنم که در فکر کردن به نتایج بالینی بسیار مهم است.”

Alfred K. Njamnshi، یکی از نویسندگان و استاد علوم اعصاب و اعصاب در دانشگاه یائونده کامرون می گوید: «از دیدگاه آفریقایی و به طور خاص آفریقای مرکزی، کشف سه نوع غیر مترادف در ACE2 در جمعیت های بومی کامرون قابل توجه است. انواع نظارتی یافت شده در ACE2 اهداف انتخاب طبیعی اخیر را در برخی از جمعیت های آفریقایی نشان می دهد، و این ممکن است پیامدهای خطر بیماری یا مقاومت مهمی داشته باشد که مستلزم تحقیقات بیشتر است.

این تیم خاطرنشان می کند که گونه های نادر نیز احتمالاً در پیامدهای سلامتی نقش دارند و تغییرات فردی به فرد را در شدت بیماری به حساب می آورند. در جمعیت‌های آسیای شرقی، آن‌ها تغییراتی در ناحیه تنظیم‌کننده ACE2 پیدا کردند که ممکن است بیان ACE2 را افزایش دهد، که می‌تواند بر میزان آلودگی SARS-CoV-2 به سلول‌های میزبان تأثیر بگذارد.

Yuanqing Feng، یکی دیگر از فوق دکترای آزمایشگاه Tishkoff که اولین نویسنده را به اشتراک گذاشته است، می‌گوید: «برای اینکه مطمئن شویم، باید عملکرد این نوع را آزمایش کنیم و ببینیم آیا می‌توانیم نشانه‌هایی مبنی بر اینکه تغییرات در این منطقه مربوط به حساسیت و شدت عفونت کووید است را دریافت کنیم. روی کاغذ

این تغییرات در مناطق غیر کدکننده ژنوم همچنین می‌تواند بر روی ارگان‌هایی که ژن‌ها در آن‌ها بیان می‌شوند، تأثیر بگذارد، یک ویژگی مرتبط با توجه به اثرات شناخته‌شده COVID-19 بر قلب، مغز، ریه، کلیه و سایر اندام‌ها. علاوه بر این، گیرنده ACE2 نه تنها نقشی در اتصال به پروتئین SARS-CoV-2 ایفا می کند. همچنین در تنظیم فشار خون دخیل است و بنابراین ممکن است انواع آن خارج از عفونت کووید بر سلامتی تأثیر بگذارد.

فراتر از ACE2، سیگنال‌های انتخاب طبیعی در مناطق کدکننده و تنظیم‌کننده ژن TMPRSS2 نیز آشکار بود، از جمله تغییراتی که به نظر می‌رسد پس از تقسیم جمعیت‌های اولیه انسان از دیگر میمون‌های بزرگ تکامل یافته‌اند. تیشکف می‌گوید: «تعداد زیادی جایگزین‌های خاص انسان در آن پروتئین وجود دارد که واقعاً جالب است. . این تیم ده‌ها نوع دیگر را در ژن‌های DPP4 و LY6E نیز شناسایی کردند.

ارتباط ژنوم و سلامت

برای دستیابی به ارتباط بالینی این گونه ها، محققان از داده های Penn Medicine BioBank استفاده کردند. این تجزیه و تحلیل تا حد زیادی قبل از فراگیر شدن همه‌گیری در ایالات متحده انجام شد و بنابراین نتایج بیماری COVID-19 در آن زمان بخشی از سوابق پزشکی بیماران نبود. اما از آنجایی که داده‌های بانک زیستی حاوی اطلاعات توالی ژنتیکی است، محققان توانستند به انواع ژنتیکی که به تازگی شناسایی کرده بودند نگاه کنند و ببینند آیا ارتباطی با شرایط پزشکی وجود دارد که مرتبط با عفونت COVID-19 در نظر گرفته می‌شود.

آنوراگ ورما از دانشکده پزشکی پرلمن پن، نویسنده اول مقاله، می‌گوید: «با داده‌هایمان، می‌توانیم به انواعی که توسط تیم سارا شناسایی شده‌اند نگاه کنیم و آن‌ها را با داده‌های بالینی مرتبط کنیم».

این تیم دریافت که انواع خاصی از مناطق کدگذاری که آنها شناسایی کرده بودند در واقع با شرایطی مرتبط هستند که با COVID-19 ارتباط دارند یا با آن همپوشانی دارند، از جمله اختلالات تنفسی، عفونت با ویروس سنسیشیال تنفسی و بیماری کبد.

با تکیه بر این یافته‌های اولیه، محققان می‌گویند کاوش بیشتر در مورد انواع ژنتیکی کلیدی می‌تواند چیزهای زیادی را در مورد نحوه عملکرد پروتئین‌ها در زمینه COVID-19 یا سایر بیماری‌ها نشان دهد.

Sirugo می‌گوید: «از دیدگاه پزشکی، می‌توان اهداف درمانی جدیدی را شناسایی کرد، یا حتی بسته به انواع مختلفی که فرد دارد، داروی شخصی‌سازی شده ارائه کرد.»

این تیم بر اهمیت جستجو در جمعیت‌های مختلف برای مطالعات ژنوم تأکید می‌کند، زیرا برخی از گونه‌های جدید شناسایی شده که می‌توانند از نظر بالینی مهم باشند، فقط در جمعیت‌های آفریقایی شناسایی شدند که قبلاً به این روش بررسی نشده بودند.

تیشکف می گوید: «این یک جنبه عمیقا مهم و منحصر به فرد این مطالعه است.