Novos Métodos para Detectar Vírus
Avanços na detecção de vírus melhoram a compreensão dos impactos na saúde.
Lior Pachter, L. Luebbert, D. K. Sullivan, M. Carilli, K. Eldjarn Hjorleifsson, A. V. Winnett, T. Chari
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Índice
Cerca de 10^31 vírus vivem na Terra. Isso significa que tem cerca de 10 milhões de vírus pra cada estrela em todo o universo. Os vírus podem ser encontrados em muitos lugares, incluindo oceanos, florestas, desertos e até dentro de humanos. Há em torno de 300.000 tipos de vírus que podem infectar mamíferos, mas até agora só 261 tipos foram encontrados em humanos. Alguns desses vírus estão ligados a problemas de saúde sérios, como doenças cardíacas e câncer. Pesquisas recentes também mostram que os vírus estão envolvidos em desordens cerebrais comuns, como Alzheimer e Parkinson. Pra entender como os vírus afetam a saúde humana, precisamos detectá-los com precisão.
Entendendo os Tipos de Vírus
Dos 261 vírus que são prejudiciais aos humanos, 206 pertencem a um grupo chamado Riboviria. Esse grupo inclui Vírus de RNA e retrovírus, que são tipos de vírus que usam RNA ou DNA pra se reproduzir. Os vírus mais conhecidos desse grupo incluem os coronavírus, o vírus da dengue, Ebola e o vírus da gripe.
A maioria dos métodos pra detectar vírus em dados genéticos depende de ter genomas de referência prontos. Atualmente, tem cerca de 5.970 genomas de referência de Riboviria disponíveis, que é só uma pequena parte de todos os vírus conhecidos. Alguns pesquisadores desenvolveram um método que usa uma seção específica do material genético do vírus pra identificar vírus de RNA a partir de uma vasta coleção de amostras genéticas. Essa técnica revelou muitos vírus novos e mostrou que provavelmente existem bilhões de espécies diferentes de vírus por aí.
O Papel do Sequenciamento de RNA
Com a tecnologia moderna de sequenciamento, os pesquisadores conseguem analisar informações genéticas de forma rápida e acessível. Isso é importante pra monitorar a diversidade viral e entender doenças relacionadas a vírus. A tecnologia de genômica de célula única permite que cientistas estudem vírus em nível de célula única, dando informações detalhadas.
Uma ferramenta foi modificada pra detectar RNA viral usando um banco de dados específico de sequências relacionadas a vírus. Esse novo método é único porque consegue alinhar dados genéticos em uma resolução de célula única e identificar muito mais vírus do que os métodos tradicionais que dependem de genomas de referência padrão. O banco de dados é compacto, permitindo a detecção de muitos mais vírus e melhorando a precisão, mesmo com possíveis mudanças no código genético do vírus.
Como o Método Funciona
O novo método de detecção envolve traduzir sequências genéticas pra um formato especial pra facilitar o alinhamento com sequências de referência de vírus. Ele usa um sistema de codificação único que ajuda a evitar desalinhamentos, tornando o processo mais confiável. O fluxo de trabalho pode ser executado facilmente em computadores comuns, tornando-o acessível pra muitos pesquisadores.
Aplicando esse método a vários conjuntos de dados, os cientistas mostraram que ele consegue identificar com precisão vírus em dados de sequenciamento de RNA tanto em massa quanto em célula única. O desempenho do método é muito superior aos métodos existentes, já que consegue detectar um número muito maior de vírus e manter alta precisão mesmo quando enfrenta mudanças genéticas.
Validação do Método
Os pesquisadores testaram o método de detecção usando conjuntos de dados conhecidos de amostras infectadas com vírus específicos. Os resultados confirmaram que o método consegue detectar RNA viral com sucesso e identificar corretamente o tipo de vírus presente, correspondendo a achados de métodos diagnósticos estabelecidos.
A precisão da atribuição taxonômica, que conecta os vírus detectados aos seus respectivos tipos, também foi alta. Isso significa que o método é confiável pra identificar vírus em diferentes níveis taxonômicos.
Analisando Dados de Macacos Rhesus
Em um estudo, os pesquisadores examinaram amostras de sangue de macacos Rhesus infectados com o vírus Ebola. Eles observaram mudanças na abundância de diferentes tipos celulares e como essas células respondiam à infecção. Usando o novo método de detecção, conseguiram analisar os dados genéticos virais e do hospedeiro simultaneamente.
Através dessa análise, descobriram várias sequências parecidas com vírus que não haviam sido identificadas antes. A maioria dessas sequências foi considerada resultado de contaminação de laboratório, sugerindo que o método de detecção também pode ajudar a identificar fontes de contaminação durante experimentos.
Identificando Vírus Únicos
A pesquisa identificou sequências de vírus distintas que provavelmente estavam infectando os macacos. Esses incluem vírus que já foram ligados a infecções em hospedeiros similares. Em alguns casos, a presença desses vírus afetou o comportamento das células do hospedeiro, sugerindo uma infecção viral em andamento e resposta imune.
O estudo também explorou como as células do hospedeiro reagiam na presença de vírus. Correlacionando a presença de certos vírus com a expressão de genes do hospedeiro, os pesquisadores conseguiram prever a presença viral com base na atividade genética nas células. Essa abordagem pode levar a uma melhor compreensão de como os vírus impactam seus hospedeiros e pode ajudar no desenvolvimento de ferramentas diagnósticas.
Benefícios do Novo Método
O novo método permite uma análise abrangente da presença viral em uma variedade de amostras. Ele pode ser aplicado a qualquer conjunto de dados contendo informações genéticas, tornando-se uma ferramenta versátil na descoberta e monitoramento de vírus.
Através de um design e execução cuidadosos, esse método oferece o potencial de descobrir novos vírus que antes passaram despercebidos. Ao caracterizar esses vírus, os cientistas conseguem entender melhor seus papéis na saúde e na doença, abordando preocupações de saúde pública de forma mais eficaz.
Direções Futuras
Conforme mais pesquisadores adotam esse método, espera-se que nossa compreensão da diversidade viral cresça. Esse conhecimento é essencial pra prevenir e controlar surtos de doenças infecciosas. Monitorar novos vírus será crucial não só pra saúde humana, mas também pra entender as interações complexas entre vírus e seus hospedeiros.
Expansão dos bancos de dados de referência e aprimoramento dos métodos de detecção permitirá que os cientistas explorem melhor o vasto mundo dos vírus. Esse progresso é vital pra enfrentar desafios futuros relacionados a doenças infecciosas e manter a saúde pública.
Conclusão
Resumindo, a exploração do mundo viral tá se expandindo graças a novos métodos e tecnologias de detecção. A capacidade de identificar inúmeras espécies virais e entender suas interações com os hospedeiros abre novas possibilidades pra pesquisa e prevenção de doenças. O esforço contínuo pra refinar essas ferramentas será fundamental pra enfrentar os desafios impostos por doenças infecciosas no futuro. Através da inovação e colaboração, podemos melhorar nossa resposta a ameaças virais e aprimorar nossa compreensão das relações intrincadas entre vírus e organismos vivos.
Título: Efficient and accurate detection of viral sequences at single-cell resolution reveals putative novel viruses perturbing host gene expression
Resumo: There are an estimated 300,000 mammalian viruses from which infectious diseases in humans may arise. They inhabit human tissues such as the lungs, blood, and brain and often remain undetected. Efficient and accurate detection of viral infection is vital to understanding its impact on human health and to make accurate predictions to limit adverse effects, such as future epidemics. The increasing use of high-throughput sequencing methods in research, agriculture, and healthcare provides an opportunity for the cost-effective surveillance of viral diversity and investigation of virus-disease correlation. However, existing methods for identifying viruses in sequencing data rely on and are limited to reference genomes or cannot retain single-cell resolution through cell barcode tracking. We introduce a method that accurately and rapidly detects viral sequences in bulk and single-cell transcriptomics data based on highly conserved amino acid domains, which enables the detection of RNA viruses covering over 100,000 virus species. The analysis of viral presence and host gene expression in parallel at single-cell resolution allows for the characterization of host viromes and the identification of viral tropism and host responses. We applied our method to identify putative novel viruses in rhesus macaque PBMC data that display cell type specificity and whose presence correlates with altered host gene expression.
Autores: Lior Pachter, L. Luebbert, D. K. Sullivan, M. Carilli, K. Eldjarn Hjorleifsson, A. V. Winnett, T. Chari
Última atualização: Jan 2, 2025
Idioma: English
Fonte URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.12.11.571168
Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.12.11.571168.full.pdf
Licença: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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