Virome - Virome

Lidský virom viz Lidský virom.

Virome označuje seskupení virů [1][2] který je často zkoumán a popsán metagenomickým sekvenováním virových nukleových kyselin [3] které jsou spojeny s konkrétním ekosystémem, organismem nebo holobiont. Toto slovo se často používá k popisu životního prostředí virové brokovnice metagenomy. Viry, počítaje v to bakteriofágy, se nacházejí ve všech prostředích a studie viromu poskytly poznatky o koloběhu živin,[4][5] rozvoj imunity,[6] a hlavním zdrojem genů lysogenní přeměna.[7]

Dějiny

První komplexní studie viromů byly sekvenováním brokovnicových komunit,[8] který se často označuje jako metagenomika. V roce 2000 laboratoř Rohweru sekvenovala viromy z mořské vody,[8][9] mořské sedimenty,[10] dospělá lidská stolička,[11] kojenecká lidská stolička,[12] půda,[13] a krev.[14] Tato skupina také provedla první RNA virom se spolupracovníky z Genomic Institute of Singapore.[15] Z těchto raných prací byl vyvozen závěr, že většina genomové rozmanitosti je obsažena v globálním viromu a že většina této rozmanitosti zůstává necharakterizovaná.[16] Tento názor byl podpořen individuálním projektem genomového sekvenování, zejména fágem mycobacterium.[17]

Metody studia

Za účelem studia viromu se částice podobné viru oddělují od buněčných složek, obvykle za použití kombinace filtrace, centrifugace hustoty a enzymatického ošetření, aby se zbavily volných nukleových kyselin.[18] Nukleové kyseliny se poté sekvenují a analyzují za použití metagenomické metody. Alternativně existují nedávné výpočetní metody, které používají přímo metagenomické shromážděné sekvence k objevování virů.[19]

Global Ocean Viromes (GOV) je datová sada skládající se z hluboké řazení z více než 150 vzorků shromážděných ve světových oceánech ve dvou obdobích průzkumu mezinárodním týmem.[20]

Hostitelé virů

Můžeme určit hostitele metagenomu ze sekvence prophage identity.

Viry jsou nejhojnější biologické entity na Zemi, ale výzvy při detekci, izolaci a klasifikaci neznámých virů zabránily vyčerpávajícím průzkumům globálního viromu.[21] Více než 5 TB metagenomické Sekvenční data byla použita z 3 042 geograficky rozmanitých vzorků k posouzení globální distribuce, fylogenetické rozmanitosti a specificity hostitelů virů.[21]

Podíl 18 470 virů spojených s předpokládanými hostiteli na různých taxonomických úrovních.

V srpnu 2016 více než 125 000 částečných virových genomů DNA, včetně dosud identifikovaného největšího fága, zvýšilo počet známých virových genů 16krát.[21] K identifikaci domnělého připojení viru hostitele byla použita sada výpočetních metod.[21] Informace o izolátu virového hostitele se promítly na skupinu, což vedlo k přiřazení hostitele pro 2,4% virových skupin.[21]

Pak CRISPR –Kas prokaryotický imunitní systém, který obsahuje „knihovnu“ fragmentů genomu z fágů (proto-spacerů), které dříve infikovaly hostitele.[21] Distanční podložky od izolují mikrobiální genomy se shodou s metagenomické virové kontigy (mVC) byly identifikovány pro 4,4% virových skupin a 1,7% singletonů.[21] Byla zkoumána hypotéza, že geny virové přenosové RNA (tRNA) pocházejí z jejich hostitele.[21]

Virové tRNA identifikované v 7,6% mVC byly porovnány tak, aby izolovaly genomy z jednoho druhu nebo rodu.[21] Specifičnost přiřazení viru hostitele na základě tRNA byla potvrzena shodami CRISPR – Cas spacer, které ukazují 94% shodu na úrovni rodu. Tyto přístupy identifikovaly 9 992 domnělých asociací hostitel-virus umožňující přiřazení hostitele k 7,7% mVC.[21] Většina těchto spojení byla dříve neznámá a zahrnují hostitele ze 16 prokaryotických kmenů, u nichž nebyly dříve identifikovány žádné viry.[21]

Tři proto-spacery kódované na mVC identifikované v lidských orálních metagenomických vzorcích, které byly spojeny s spacery CRISPR od hostitelů z odlišných kmenů, Actinomycetes sp. orální taxon 180 (Actinobacteria) a Streptococcus plurextorum DSM 22810 (Firmicutes).

Mnoho virů se specializuje na infikování souvisejících hostitelů.[21] Mohou existovat viroví generálové, kteří infikují hostitele napříč taxonomickými řády.[21] Většina CRISPR spacerových shod byla od virových sekvencí po hostitele v rámci jednoho druhu nebo rodu.[21] Některé mVC byly spojeny s více hostiteli z vyšších taxonů. Virová skupina složená z maců z lidských orálních vzorků obsahovala tři odlišné foto-spacery s téměř přesnou shodou s spacery v Akční bakterie a Firmicutes.[21]

V lednu 2017 systém IMG / VR [22] - největší interaktivní veřejná virová databáze obsahovala 265 000 metagenomických virových sekvencí a izolovala viry. V listopadu 2018 se tento počet zvýšil na více než 760 000 (IMG / VR v.2.0).[23] Systémy IMG / VR slouží jako výchozí bod pro sekvenční analýzu virových fragmentů odvozených z metagenomických vzorků.

Reference

  1. ^ Anderson, Norman G; Gerin, John L; Anderson, N Leigh (2003). „Globální screening lidských virových patogenů“. Vznikající infekční nemoci. 9 (7): 768–773. doi:10.3201 / eid0907.030004. PMC  3023425. PMID  12890315.
  2. ^ Zárate, S; Taboada, B; Yocupicio-Monroy, M; Arias, CF (2017). „Lidský Virom“. Archivy lékařského výzkumu. 48 (8): 701–716. doi:10.1016 / j.arcmed.2018.01.005.
  3. ^ McDaniel, L; Breitbart, M; Mobberley, J; Long, A; Haynes, M; Rohwer, F; Paul, JH (23. září 2008). „Metagenomická analýza lysogeny v Tampa Bay: důsledky pro genovou expresi profága“. PLOS ONE. 3 (9): e3263. doi:10,1371 / journal.pone.0003263. PMC  2533394. PMID  18810270.
  4. ^ Wilhelm, Steven W .; Suttle, Curtis A. (1999). „Viry a cykly živin v moři“. BioScience. 49 (10): 781–788. doi:10.2307/1313569. ISSN  1525-3244. JSTOR  1313569.
  5. ^ Wegley, L; Edwards, R; Rodriguez-Brito, B; Liu, H; Rohwer, F (listopad 2007). "Metagenomická analýza mikrobiální komunity spojené s korály Porites astreoides". Mikrobiologie prostředí. 9 (11): 2707–19. doi:10.1111 / j.1462-2920.2007.01383.x. PMID  17922755.
  6. ^ Barr, JJ; Auro, R; Furlan, M; Whiteson, KL; Erb, ML; Pogliano, J; Stotland, A; Wolkowicz, R; Řezání, AS; Doran, KS; Salamon, P; Youle, M; Rohwer, F (25. června 2013). „Bakteriofág ulpívající na hlenu poskytuje imunitu, která není odvozena od hostitele“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 110 (26): 10771–6. doi:10.1073 / pnas.1305923110. PMC  3696810. PMID  23690590.
  7. ^ Sharon, já; Battchikova, N; Aro, EM; Giglione, C; Meinnel, T; Glaser, F; Pinter, RY; Breitbart, M; Rohwer, F; Béjà, O (červenec 2011). „Srovnávací metagenomika mikrobiálních znaků v oceánských virových komunitách“. Časopis ISME. 5 (7): 1178–90. doi:10.1038 / ismej.2011.2. PMC  3146289. PMID  21307954.
  8. ^ A b Breitbart, M; Salamon, P; Andresen, B; Mahaffy, JM; Segall, AM; Mead, D; Azam, F; Rohwer, F (29. října 2002). „Genomická analýza nekulturních mořských virových komunit“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 99 (22): 14250–5. doi:10.1073 / pnas.202488399. PMC  137870. PMID  12384570.
  9. ^ Angly, FE; Plsti, B; Breitbart, M; Salamon, P; Edwards, RA; Carlson, C; Chan, AM; Haynes, M; Kelley, S; Liu, H; Mahaffy, JM; Mueller, JE; Nulton, J; Olson, R; Parsons, R; Rayhawk, S; Suttle, CA; Rohwer, F (listopad 2006). „Mořské viromy čtyř oceánských oblastí“. PLOS Biology. 4 (11): e368. doi:10.1371 / journal.pbio.0040368. PMC  1634881. PMID  17090214.
  10. ^ Breitbart, M; Plsti, B; Kelley, S; Mahaffy, JM; Nulton, J; Salamon, P; Rohwer, F (22. března 2004). „Rozmanitost a struktura populace virové komunity mořských sedimentů na pobřeží. Sborník Královské společnosti B: Biologické vědy. 271 (1539): 565–74. doi:10.1098 / rspb.2003.2628. PMC  1691639. PMID  15156913.
  11. ^ Breitbart, M; Hewson, já; Plsti, B; Mahaffy, JM; Nulton, J; Salamon, P; Rohwer, F (říjen 2003). „Metagenomické analýzy nekulturní virové komunity z lidských výkalů“. Journal of Bacteriology. 185 (20): 6220–3. doi:10.1128 / jb.185.20.6220-6223.2003. PMC  225035. PMID  14526037.
  12. ^ Breitbart, M; Haynes, M; Kelley, S; Angly, F; Edwards, RA; Plsti, B; Mahaffy, JM; Mueller, J; Nulton, J; Rayhawk, S; Rodriguez-Brito, B; Salamon, P; Rohwer, F (červen 2008). "Virová rozmanitost a dynamika ve střevech kojenců". Výzkum v mikrobiologii. 159 (5): 367–73. doi:10.1016 / j.resmic.2008.04.006. PMID  18541415.
  13. ^ Fierer, N; Breitbart, M; Nulton, J; Salamon, P; Lozupone, C; Jones, R; Robeson, M; Edwards, RA; Plsti, B; Rayhawk, S; Knight, R; Rohwer, F; Jackson, RB (listopad 2007). „Metagenomické a rRNA analýzy s malou podjednotkou odhalují genetickou rozmanitost bakterií, archaeí, hub a virů v půdě“. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 73 (21): 7059–66. doi:10.1128 / aem.00358-07. PMC  2074941. PMID  17827313.
  14. ^ Breitbart, M; Rohwer, F (listopad 2005). „Metoda objevování nových DNA virů v krvi pomocí výběru virových částic a sekvenování brokovnic“. Biotechniky. 39 (5): 729–36. doi:10.2144/000112019. PMID  16312220.
  15. ^ Zhang, T; Breitbart, M; Lee, WH; Run, JQ; Wei, CL; Soh, SW; Hibberd, ML; Liu, ET; Rohwer, F; Ruan, Y (leden 2006). „RNA virová komunita v lidských výkalech: prevalence rostlinných patogenních virů“. PLOS Biology. 4 (1): e3. doi:10.1371 / journal.pbio.0040003. PMC  1310650. PMID  16336043.
  16. ^ Edwards, RA; Rohwer, F (červen 2005). „Virová metagenomika“. Recenze přírody. Mikrobiologie. 3 (6): 504–10. doi:10.1038 / nrmicro1163. PMID  15886693.
  17. ^ Rohwer, F (18. dubna 2003). "Globální rozmanitost fágů". Buňka. 113 (2): 141. doi:10.1016 / s0092-8674 (03) 00276-9. PMID  12705861.
  18. ^ Thurber, RV; Haynes, M; Breitbart, M; Wegley, L; Rohwer, F (2009). "Laboratorní postupy pro generování virových metagenomů". Přírodní protokoly. 4 (4): 470–83. doi:10.1038 / nprot.2009.10. PMID  19300441.
  19. ^ Paez-Espino D, Pavlopoulos GA, Ivanova NN, Kyrpides NC (srpen 2017). „Kanál zjišťování necílených virových sekvencí a shlukování virů pro metagenomická data“. Nat Protoc. 12 (8): 1673–1682. doi:10.1038 / nprot.2017.063. PMID  28749930.
  20. ^ Tang, Lei (červenec 2019). „Oceánské viromy od pólu k pólu“. Hlavní body výzkumu. Přírodní metody (Papír). 16: 575. doi:10.1038 / s41592-019-0480-1. - prostřednictvím Springer Nature (vyžadováno předplatné)
  21. ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó Paez-Espino D, Eloe-Fadrosh EA, Pavlopoulos GA, Thomas AD, Huntemann M, Mikhailova N, Rubin E, Ivanova NN, Kyrpides NC (srpen 2016). „Odhalení viromu Země“. Příroda. 536 (7617): 425–30. doi:10.1038 / příroda1994. PMID  27533034.
  22. ^ Paez-Espino D, Chen IA, Palaniappan K, Ratner A, Chu K, Szeto E a kol. (Leden 2017). „IMG / VR: databáze kultivovaných a nekulturních DNA virů a retrovirů“. Nucleic Acids Res. 45 (D1): D457 – D465. doi:10.1093 / nar / gkw1030. PMC  5210529. PMID  27799466.
  23. ^ Paez-Espino D, Roux S, Chen IA, Palaniappan K, Ratner A, Chu K a kol. (2019). „IMG / VR v.2.0: integrovaný systém správy a analýzy dat pro kultivované a environmentální virové genomy“. Nucleic Acids Res. 47 (Problém s databází): D678 – D686. doi:10.1093 / nar / gky1127. PMC  6323928. PMID  30407573.