معلومة

وظيفة التدقيق اللغوي لبوليميراز فيروس كورونا

وظيفة التدقيق اللغوي لبوليميراز فيروس كورونا


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لقد سمعت أن عائلة Coronavirus لديها وظيفة تصحيح التجارب المطبعية والتحرير في إنزيمات البوليميراز الخاصة بها والتي يمكنها التعرف على الطفرات واستئصالها. من الواضح أن هذا كارثي على السكان المصابين. هل هذا صحيح ، وإذا كان الأمر كذلك ، فهل من الممكن التخلص من الوحدة الفرعية للتدقيق والتحرير بشكل انتقائي بحيث يزداد العبء الطفري تدريجياً في عدد الفيروسات؟ هل يمكن أن يؤدي هذا بعد ذلك إلى شيء مثل راتشيت مولر ويثبط الفوعة في السكان أم أنه لا يزال هناك آلية لإزالة الفيروسات المتحولة من السكان والاحتفاظ بالفوعة بمرور الوقت؟


حشد الكثير في المجتمع العلمي لفهم الفيروس المسبب لوباء فيروس كورونا العالمي 2019 (COVID-19). جاو وآخرون. ركز على المركب الذي يلعب دورًا رئيسيًا في دورة تكرار ونسخ الفيروس. استخدموا المجهر الإلكتروني بالتبريد لتحديد بنية بدقة 2.9 أنغستروم لبوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي nsp12 ، والذي يحفز تكوين الحمض النووي الريبي الفيروسي ، في مركب مع اثنين من العوامل المساعدة ، nsp7 و nsp8. nsp12 هو هدف لمثبطات النوكليوتيدات التناظرية المضادة للفيروسات مثل remdesivir ، وقد يوفر الهيكل أساسًا لتصميم علاجات جديدة مضادة للفيروسات.

تسبب تفشي فيروس كورونا الجديد [المتلازمة التنفسية الحادة الوخيمة - فيروس كورونا 2 (SARS-CoV-2)] في انتشار وباء فيروس كورونا العالمي 2019 (COVID-19) ، مما أدى إلى عشرات الآلاف من الإصابات وآلاف الوفيات في جميع أنحاء العالم. إن بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي [(RdRp) ، المسمى أيضًا nsp12] هو المكون المركزي لآلات النسخ والنسخ للفيروس التاجي ، ويبدو أنه هدف أساسي لعقار ريمديسفير المضاد للفيروسات. لقد أبلغنا عن بنية الفحص المجهري الإلكتروني لفيروس COVID-19 كامل الطول nsp12 في مجمع مع العوامل المساعدة nsp7 و nsp8 بدقة 2.9-angstrom. بالإضافة إلى الهندسة المعمارية المحفوظة لنواة البوليميراز لعائلة البوليميراز الفيروسية ، تمتلك nsp12 مجال دبوس شعر تم تحديده حديثًا عند نهايته N. يوضح نموذج التحليل المقارن كيف يرتبط remdesivir بهذا البوليميراز. يوفر الهيكل أساسًا لتصميم علاجات جديدة مضادة للفيروسات تستهدف RdRp الفيروسي.

مرض فيروس كورونا 2019 (COVID-19) ناجم عن فيروس كورونا جديد [المتلازمة التنفسية الحادة الوخيمة - فيروس كورونا 2 (SARS-CoV-2)] الذي ظهر في ديسمبر 2019 (13) ومنذ ذلك الحين أصبح وباء عالمي. تم الإبلاغ عن فيروس COVID-19 ليكون عضوًا جديدًا في جنس betacoronavirus ويرتبط ارتباطًا وثيقًا بمتلازمة الجهاز التنفسي الحادة الوخيمة - فيروس كورونا (SARS-CoV) والعديد من فيروسات فيروسات الخفافيش (4). مقارنةً بفيروس SARS-CoV ومتلازمة الشرق الأوسط التنفسية - فيروس كورونا (MERS-CoV) ، يُظهر فيروس COVID-19 انتقالًا أسرع من إنسان إلى آخر ، مما دفع منظمة الصحة العالمية إلى إعلان حالة طوارئ صحية عامة في جميع أنحاء العالم (1, 2).

تستخدم فيروسات كورونا (CoVs) آلية متعددة الوحدات الفرعية للنسخ والنسخ. مجموعة من البروتينات غير التركيبية (nsps) يتم إنتاجها كمنتجات انشقاق للبروتينات المتعددة الفيروسية ORF1a و ORF1ab (5) يتجمع لتسهيل التكاثر الفيروسي والنسخ. أحد المكونات الرئيسية ، وهو بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي [(RdRp) ، والمعروف أيضًا باسم nsp12] ، يحفز تخليق الحمض النووي الريبي الفيروسي وبالتالي يلعب دورًا مركزيًا في دورة النسخ والنسخ لفيروس COVID-19 ، ربما بمساعدة nsp7 و nsp8 كعوامل مساعدة (6). لذلك ، يعتبر nsp12 هدفًا أساسيًا لمثبطات النوكليوتيدات التناظرية المضادة للفيروسات مثل Remdesivir ، والتي تظهر إمكانية علاج العدوى الفيروسية COVID-19 (7, 8). للإبلاغ عن تصميم الدواء ، حددنا بنية nsp12 ، في معقد مع عواملها المساعدة nsp7 و nsp8 ، عن طريق الفحص المجهري الإلكتروني (cryo-EM) باستخدام بروتوكولين مختلفين: أحدهما في حالة عدم وجود dithiothreitol (DTT) (مجموعة البيانات 1) و الآخر في وجود DTT (مجموعة البيانات 2).

تم تحضين فيروس COVID-19 كامل الطول المعبر عنه بكتيريًا nsp12 (البقايا من S1 إلى Q932) باستخدام nsp7 (البقايا من S1 إلى Q83) و nsp8 (البقايا A1 إلى Q198) ، ثم تمت تنقية المركب (الشكل S1). تم تحضير شبكات Cryo-EM باستخدام هذا المركب ، وكشف الفحص الأولي عن كثافة جسيمات ممتازة مع تشتت جيد. بعد جمع 7994 فيلمًا مجهريًا ومعالجتها ، حصلنا على إعادة بناء ثلاثية الأبعاد بدقة 2.9 لمونومر nsp12 في مجمع مع زوج واحد nsp7-nsp8 ومونومر nsp8 ، كما لوحظ سابقًا بالنسبة لـ SARS-CoV (9). بالإضافة إلى المركب nsp12-nsp7-nsp8 ، لاحظنا أيضًا فئات الجسيمات المفردة المقابلة لثنائي nsp12-nsp8 ، بالإضافة إلى مونومرات nsp12 الفردية ، لكن هذه لا تنتج إعادة بناء الدقة الذرية (الشكل S2). ومع ذلك ، فإن إعادة الإعمار المعقدة nsp12-nsp7-nsp8 توفر المعلومات الهيكلية للتحليل الهيكلي الكامل.

يحتوي هيكل فيروس COVID-19 nsp12 على مجال RdRp الأيمن (بقايا من S367 إلى F920) ومجال ملحق N-terminal خاص بالفيروسات nidovirus (البقايا D60 إلى R249) الذي يعتمد nidovirus RdRp المرتبطة nucleotidyltransferase (NiRAN) (10) هندسة معمارية. يتم توصيل مجال البوليميراز ومجال NiRAN بواسطة مجال واجهة (البقايا A250 إلى R365) (الشكل 1 و A و B). يتم إدراج دبوس شعر إضافي N-terminal (بقايا D29 إلى K50) ، تم إنشاؤه بتوجيه من خريطة cryo-EM لا لبس فيها (الشكل S3A) ، في الأخدود المثبت بواسطة مجال NiRAN والمجال الفرعي النخيل في مجال RdRp (الشكل S3A) 2). يُظهر الزوج nsp7-nsp8 بنية محفوظة مشابهة لتلك الخاصة بزوج SARS-CoV nsp7-nsp8 (9, 11). يتم تغيير اتجاه اللولب الطرفي N لمونومر nsp8 المنفصل المرتبط بـ nsp12 مقارنةً بذلك في الزوج nsp7-nsp8 (الشكل S4A). تُظهر بقايا الأحماض الأمينية الـ 13 الإضافية التي تم حلها عند الطرف N لـ nsp8 أن العمود الطويل لشكل مضرب الجولف المعروف جيدًا منحني (الشكل S4B).

(أ) تنظيم مجال فيروس COVID-19 nsp12. يتم تمييز الحدود بين النطاقات بأرقام المخلفات. لا يتم تضمين الجزء N-terminal الذي لا يحتوي على كثافة خريطة cryo-EM والمخلفات الطرفية C التي لا يمكن ملاحظتها في الخريطة في التخصيص. زخارف البوليميراز ملونة على النحو التالي: الشكل A ، الشكل الأصفر B ، الشكل الأحمر C ، الشكل الأخضر D ، الشكل البنفسجي E ، الشكل السماوي F ، الأزرق والعنصر G ، البني الفاتح. (ب) مخطط شريطي لسلسلة عديد الببتيد nsp12 لفيروس COVID-19 في ثلاثة مناظر عمودية. يتم تلوين المجالات بنفس اللون الموجود في (أ). يتم عرض nsp8 الفردي (nsp8-1) المرتبط بـ nsp12 وذلك في الزوج nsp7-nsp8 (nsp8-2) باللون الرمادي و nsp7 باللون الوردي. تُظهر اللوحة السفلية اليسرى نظرة عامة على إعادة بناء cryo-EM لمجمع nsp12-nsp7-nsp8.

(أ) الهيكل العام لمجال N-terminal NiRAN و β دبوس الشعر لفيروس COVID-19 nsp12. يظهر مجال N-terminal NiRAN و β دبوس الشعر لفيروس COVID-19 nsp12 كرسوم كاريكاتورية صفراء وسماوية ، على التوالي ، بينما تظهر المناطق الأخرى من فيروس COVID-19 nsp12 كسطح جزيئي بنفس نظام الألوان المستخدم في الشكل. 1. يتم فرض مجال NiRAN الخاص بـ SARS-CoV nsp12 على نظيره في فيروس COVID-19 nsp12 ويظهر باللون الأرجواني. (ب) التفاعلات الرئيسية بين β دبوس الشعر والمجالات الأخرى. يظهر دبوس الشعر β على شكل أنبوب سماوي مع بقاياه الرئيسية في وضع العصا. هؤلاء لديهم أقرب جهات اتصال مع المجالات الأخرى لفيروس COVID-19 nsp12. يتم تحديد المخلفات المتفاعلة في المجال الفرعي لراحة اليد والأصابع في مجال RdRp ومجال NiRAN بواسطة الملصقات. الاختصارات أحادية الحرف لبقايا الأحماض الأمينية هي كما يلي: A، Ala C، Cys D، Asp E، Glu F، Phe G، Gly H، His I، Ile K، Lys L، Leu M، Met N، Asn P ، Pro Q، Gln R، Arg S، Ser T، Thr V، Val W، Trp and Y، Tyr.

تشبه البنية العامة لمجمع فيروس COVID-19 nsp12-nsp7-nsp8 تلك الخاصة بـ SARS-CoV مع قيمة انحراف مربع متوسط ​​الجذر (RMSD) تبلغ 0.82 لذرة 1078 درجة مئوية (الشكل S4C). ومع ذلك ، هناك سمات رئيسية تميز الاثنين. سمحت لنا خريطة cryo-EM ببناء الهيكل الكامل لفيروس COVID-19 nsp12 ، بما في ذلك جميع المخلفات باستثناء S1 إلى D3 و G897 إلى D910. في المقابل ، لم يتم حل أول 116 من المخلفات في SARS-CoV nsp12 (9). يتكون الجزء من مجال NiRAN الذي تم حله في SARS-CoV (المخلفات من 117 إلى 249) من ستة حلزونات مع ورقة ثلاثية الخيوط عند الطرف N (9) (الشكل 2 أ). في بنية فيروس COVID-19 ، قمنا أيضًا بحل المخلفات A4 إلى R118. هذه تشكل كتلة هيكلية مع خمسة خيوط مضادة للتوازي واثنين من الحلزونات. تشكل بقايا N215 إلى D218 β حبلا في فيروس COVID-19 nsp12 ، في حين أن هذه البقايا أقل طلبًا في SARS-CoV nsp12. تتلامس هذه المنطقة مع الشريط الذي يحتوي على بقايا من V96 إلى A100 ، مما يساهم في استقرار شكله. نتيجة لذلك ، تشكل هذه الخيوط الأربعة بنية نصف برميلية مدمجة. لذلك ، نحدد البقايا A4 إلى T28 و Y69 إلى R249 كمجال NiRAN التاجي الكامل. من خلال تحليل المخلفات الطرفية N ، يمكننا أيضًا تحديد دبوس الشعر N-terminal (D29 إلى K50 الشكلان 1A و 2A). يتم إدخال دبوس الشعر هذا في الأخدود المثبت بواسطة مجال NiRAN والمجال الفرعي للنخيل في مجال RdRp ويشكل مجموعة من جهات الاتصال الوثيقة لتثبيت الهيكل العام (الشكل 2 ب والشكل S5). لقد لاحظنا أيضًا أن C301 إلى C306 و C487 إلى C645 تشكل روابط ثاني كبريتيد في غياب DTT (مجموعة البيانات 1). ومع ذلك ، في وجود DTT (مجموعة البيانات 2) ، توجد أيونات الزنك المخلّبة في نفس الموقع الذي لوحظ في SARS-CoV (الشكل S3B).

يعتمد مجال البوليميراز على الهندسة المعمارية المحفوظة لعائلة البوليميراز الفيروسي (12) ويتكون من ثلاثة نطاقات فرعية: مجال فرعي للأصابع (البقايا من L366 إلى A581 و K621 إلى G679) ، ومجال فرعي للنخيل (البقايا T582 إلى P620 و T680 إلى Q815) ، ومجال فرعي للإبهام (البقايا H816 إلى E920) (الشكل 1). ). الأيونات المعدنية المحفزة ، والتي لوحظت في العديد من تراكيب البوليميرات الفيروسية التي تصنع الحمض النووي الريبي (RNA) (13, 14) ، في هذا العمل في غياب قالب RNA التمهيدي و nucleoside triphosphates (NTPs).

يتكون الموقع النشط لمجال فيروس COVID-19 RdRp بواسطة أشكال البوليميراز المحفوظة A إلى G في مجال النخيل ويتم تكوينه مثل بوليميرات RNA الأخرى (الشكلان 1 أ و 3 أ والشكل S6). يحتوي Motif A ، المكون من بقايا 611 إلى 626 (TPHLMGWDYPKCDRAM) ، على بقايا رابطة ثنائية التكافؤ الكلاسيكية D618 ، والتي يتم حفظها في معظم البوليمرات الفيروسية بما في ذلك فيروس التهاب الكبد C (HCV) ns5b (بقايا D220) وفيروس شلل الأطفال (PV) 3D pol (بقايا D233) (13, 14) (الشكل 3 ، ب ، ج). يحتوي Motif C [المخلفات 753 إلى 767 (FSMMILSDDAVVCFN)] على المخلفات التحفيزية [759 إلى 761 (SDD)] في المنعطف بين خيطين. يتم أيضًا حفظ هذه البقايا التحفيزية في معظم RdRps الفيروسي ، على سبيل المثال ، 317 إلى 319 (GDD) في HCV ns5b و 327 إلى 329 (GDD) PV 3D pol ، مع كون البقايا الأولى إما سيرين أو جلايسين.

(أ إلى ج) مقارنة هيكلية بين فيروس COVID-19 nsp12 (A) و HCV ns5b (معرف PDB: 4WTG) (13) (B) و PV 3D pol (معرف PDB: 3OLB) (14) (ج). يتم عرض الهياكل الثلاثة في نفس الاتجاه. أشكال البوليميراز (الأشكال من أ إلى ز) لها نفس مخطط الألوان المستخدم في الشكل 1 أ. (دتم تصنيف إدخال القالب ، وإدخال NTP ، ومسارات الخروج المختلط للمنتج في فيروس COVID-19 nsp12 بألوان الإردواز ، والأزرق المخضر العميق ، والألوان البرتقالية ، على التوالي. اثنان من أيونات المنغنيز الحفزية (الكرات السوداء) ، و pp-sofosbuvir (المجالات الخضراء الداكنة لذرات الكربون) ، والقالب التمهيدي (البرتقالي) من بنية HCV ns5b في pp-sofosbuvir المركب (PDB ID: 4WTG) (13) إلى nsp12 فيروس COVID-19 للإشارة إلى الموقع التحفيزي وموضع ربط النوكليوتيدات.

في هذا الهيكل ، كما هو الحال في بوليمرات الحمض النووي الريبي الأخرى ، يكون إدخال القالب التمهيدي ، ومدخل NTP ، ومسارات الخروج من حبلا ناشئة مشحونة بشكل إيجابي ويمكن الوصول إليها بالمذيب ، وهي تتلاقى في تجويف مركزي حيث تتوسط أشكال RdRp في تخليق الحمض النووي الريبي الموجه بالقالب (الشكل . 3D). تكوينات مسارات دخول القالب التمهيدي ، وقناة دخول NTP ، ومسار خروج حبلا الناشئ مماثلة لتلك الموصوفة لـ SARS-CoV وللبوليميرات RNA الأخرى ، مثل HCV و PV polymerase (14) (الشكل 3 ، ب ، ج). تتكون قناة دخول NTP من مجموعة من المخلفات المحبة للماء ، بما في ذلك K545 و R553 و R555 في شكل F. من المتوقع أن يدخل قالب RNA الموقع النشط المكون من الزخارف A و C من خلال أخدود مثبت بواسطة الزخارف F و G. يدعم Motif E والمجال الفرعي الإبهام حبلا التمهيدي. يخرج هجين قالب المنتج من الموقع النشط عبر نفق خروج RNA في الجانب الأمامي من البوليميراز.

Remdesivir ، الأيزومر Sp المفرد من 2-ethylbutyl L-alaninate phosphoramidate prodrug (15) (الشكل S7) ، يمنع انتشار فيروس COVID-19 وبالتالي يمتلك إمكانات إكلينيكية (7, 8). سنناقش بإيجاز آلية الربط والتثبيط المحتملة على أساس نتائج هذه الدراسة. تتطلب فعالية نظائر النوكليوتيدات المنتهية بالسلسلة أن تقوم تقنية RdRps الفيروسية بالتعرف على الشكل النشط للمثبطات ودمجها بنجاح في خيط الحمض النووي الريبي المتنامي. سوفوسبوفير (2′-F-2′-C-methyluridine monophosphate) هو دواء أولي يستهدف HCV ns5b وقد تمت الموافقة عليه لعلاج عدوى HCV المزمنة (16). إنه يعمل عن طريق الارتباط بالموقع الحفاز لـ HCV ns5b polymerase (12, 16). بالنظر إلى أن remdesivir و sofosbuvir كلاهما نظير نيوكليوتيد ونظراً للحفظ الهيكلي للموقع التحفيزي بين فيروس COVID-19 nsp12 و HCV ns5b polymerase (13, 16) (الشكل S7) ، قمنا بنمذجة ارتباط ريمديزفير ثنائي الفوسفات بفيروس COVID-19 nsp12 على أساس التراكب مع سوفوسبوفير المرتبط بـ HCV ns5b (الشكل 4 أ والشكل S4D). بشكل عام ، وجدنا أن nsp12 الخاص بفيروس COVID-19 لديه أعلى تشابه مع حالة apo البالغة ns5b. بالنظر إلى التغييرات التوافقية لـ ns5b في apo والاستطالة والحالات المثبطة ، يبدو أن البقايا التحفيزية D760 و D761 و D618 الكلاسيكية ستخضع لتغيير تكوين لتنسيق الكاتيونات ثنائية التكافؤ (الشكل 4 ب). سوف يقوم الأخير بتثبيت مجموعة الفوسفات الخاصة بالنيوكليوتيدات أو المثبطات الواردة جنبًا إلى جنب مع R555 الخيفي في الشكل F (الشكل 4C). في هياكل استطالة HCV ns5b أو معقده مع diphosphate sofosbuvir (pp-sofosbuvir) ، تتمثل الميزة الرئيسية في أن مادة pp-sofosbuvir المدمجة تتفاعل مع N291 (ما يعادل N691 في فيروس COVID-19). ومع ذلك ، بسبب استبدال الفلور في جزء السكر ، فإن pp-sofosbuvir غير قادر على الانضمام إلى شبكة الروابط الهيدروجينية مع S282 و D225 (الشكل 4 د) ، وهو أمر ضروري لتثبيت النيوكليوتيدات الطبيعية الواردة (13). ومع ذلك ، يحافظ remdesivir على مجموعة ريبوز سليمة ، لذلك قد يكون قادرًا على استخدام شبكة رابطة الهيدروجين هذه مثل الركيزة الأصلية. بالإضافة إلى ذلك ، من المحتمل أيضًا أن يشكل T680 في فيروس COVID-19 nsp12 روابط هيدروجينية مع 2 هيدروكسيل من remdesivir ، وبالطبع مع NTP الطبيعي الوارد (الشكل 4 د). علاوة على ذلك ، من المرجح أن تتراكم السلسلة الجانبية الكارهة للماء لـ V557 في الحافز F مع قاعدة يوريدين RNA قالب +1 وتثبيتها على زوج مع ثلاثي فوسفات remdesivir الوارد (ppp-remdesivir) (الشكل 4E).

(أتم تلوين أشكال البوليميراز كما في الشكل 3. تراكب بنية HCV ns5b في معقد مع pp-sofosbuvir (PDB ID: 4WTG) (13) مع فيروس COVID-19 يُظهر nsp12 المواضع المحتملة للأيونات المحفزة (الكرات الأرجوانية) والنيوكليوتيدات الأولية (U 0) وخيط القالب و pp-remdesivir الوارد في nsp12. (ب إلى ه) مقارنة بنية HCV apo ns5b أو معقده مع UDP و pp-sofosbuvir مع فيروس COVID-19 nsp12.

أكد الانتشار العالمي السريع لفيروس COVID-19 على الحاجة إلى تطوير لقاحات وعلاجات جديدة لفيروس كورونا. يبدو أن البوليميراز الفيروسي nsp12 هدف ممتاز للعلاجات الجديدة ، خاصة بالنظر إلى حقيقة أن مثبطات الرصاص موجودة بالفعل في شكل مركبات مثل remdesivir. بالنظر إلى التشابه الهيكلي لنظائر النيوكليوزيد ، قد يكون وضع الربط وآلية التثبيط التي تمت مناقشتها هنا قابلين للتطبيق أيضًا على أدوية أخرى مماثلة أو أدوية مرشحة مثل favipiravir ، والتي أثبتت فعاليتها في التجارب السريرية (17). يمكن أن يدعم هذا الهدف ، بالإضافة إلى الأهداف الدوائية الواعدة الأخرى مثل البروتياز الرئيسي ، تطوير مزيج من العلاجات المضادة للفيروسات التاجية التي يمكن استخدامها لاكتشاف مضادات الفيروسات واسعة النطاق.


الفيروس التاجي يتحور. لكن هذا قد لا يكون مشكلة للبشر

صورة ملونة لخلايا مريض مصاب بفيروس كورونا SARS-CoV-2. جزيئات الفيروس ملونة باللون الوردي. تم التقاط الصورة من صورة مجهرية إلكترونية. نيايد / فليكر إخفاء التسمية التوضيحية

صورة ملونة لخلايا مريض مصاب بفيروس كورونا SARS-CoV-2. جزيئات الفيروس ملونة باللون الوردي. تم التقاط الصورة من صورة مجهرية إلكترونية ممسوحة.

مع استمرار انتشار فيروس كورونا الجديد في جميع أنحاء العالم ، يقول الباحثون إن الفيروس يغير تركيبته الجينية بشكل طفيف. لكن هل هذا يعني أنها أصبحت أكثر خطورة على البشر؟ وماذا سيكون التأثير على أي لقاحات مستقبلية؟

يقول مارك ليبسيتش ، عالم أوبئة الأمراض المعدية بجامعة هارفارد: "بالمعنى الحرفي لـ" هل يتغير جينيًا "، فإن الإجابة هي نعم تمامًا". "ما هو موضع تساؤل هو ما إذا كان هناك أي تغيير مهم في مسار المرض أو قابلية الانتقال أو الأشياء الأخرى التي نهتم بها نحن كبشر."

حتى الآن ، "لا يوجد دليل موثوق به على حدوث تغيير في بيولوجيا الفيروس سواء للأفضل أو للأسوأ" ، كما يقول ليبسيتش.

فيروسات كورونا - مثل جميع الفيروسات - تغير أجزاء صغيرة من شفرتها الجينية طوال الوقت.

يقول إيوان هاريسون ، مدير المشروع العلمي لـ COVID-19 Genomics UK Consortium ، وهو مشروع جديد يتتبع الفيروس في المملكة المتحدة: "تتحول الفيروسات بشكل طبيعي كجزء من دورة حياتها".

مثل الأنفلونزا والحصبة ، فإن فيروس كورونا هو أحد فيروسات الحمض النووي الريبي. إنها حزمة مجهرية من التعليمات الجينية مجمعة في غلاف بروتيني. عندما يصيب الفيروس شخصًا ما ، فإن سلسلة التعليمات الجينية تمكن الفيروس من الانتشار عن طريق إخباره بكيفية التكاثر بمجرد دخوله إلى الخلية. يصنع الفيروس نسخًا من نفسه ويدفعها إلى خلايا أخرى في الجسم. الجرعات المعدية من الفيروس يمكن أن يسعل في قطرات ويستنشقها الآخرون.

يقول هاريسون إن الفيروسات "ترتكب أخطاءً في جينوماتها" عندما تنسخ نفسها. يمكن أن تتراكم هذه التغييرات وتنتقل إلى النسخ المستقبلية للفيروس. يستخدم الباحثون هذه التغييرات التراكمية الصغيرة لتتبع مسار الفيروس من خلال مجموعات من الناس.

حتى الآن ، يقول الباحثون الذين يتتبعون التغيرات الجينية في SARS-CoV-2 - الاسم الرسمي لفيروس كورونا - إنه يبدو مستقرًا نسبيًا. يقول هاريسون إنه يكتسب حوالي طفرتين شهريًا خلال عملية الانتشار هذه - حوالي ثلث إلى نصف معدل الإنفلونزا.

تختلف فيروسات كورونا عن فيروسات الأنفلونزا بطريقة رئيسية أخرى تقلل من عدد الطفرات. إنهم يصححون الجينومات الخاصة بهم عندما يقلدون أنفسهم ، ويستبعدون الأشياء التي لا تبدو صحيحة. يقول Vineet Menachery ، عالم الفيروسات في الفرع الطبي بجامعة تكساس: "إنهم يحافظون على هذه القدرة على الحفاظ على الجينوم الخاص بهم سليمًا إلى حد كبير". "الطفرات التي يدمجونها نادرة نسبيًا."

تعني وظيفة التدقيق الإضافية هذه أن فيروسات كورونا هي أيضًا واحدة من أكبر فيروسات الحمض النووي الريبي. يبلغ طولها حوالي 30 ألف نيوكليوتيد - أي ضعف حجم فيروسات الإنفلونزا. لكن بعرض 125 نانومتر ، لا يزال 800 منهم مجهريًا يمكن أن يتناسب مع عرض شعرة الإنسان.

ومع ذلك ، فإن حجمها الأكبر نسبيًا يعني "أن لديها الكثير من الأدوات في حزام الأدوات الخاص بها" مقارنة بفيروسات الحمض النووي الريبي الأخرى ، كما يقول ميناشيري - بعبارة أخرى ، قدرة أكبر على محاربة الجهاز المناعي للمضيف وعمل نسخ منه.

الباحثون في حالة تأهب للتغييرات التي قد تؤثر على سلوك فيروس كورونا لدى البشر. على سبيل المثال ، إذا طور فيروس كورونا طرقًا لمنع أجزاء من جهاز المناعة لدينا ، فقد يختبئ في أجسادنا ويثبت نفسه بشكل أفضل. إذا تطورت لتلتصق بقوة أكبر بالخلايا البشرية ، يمكن أن تدخلها بشكل أكثر كفاءة وتتضاعف بسرعة أكبر.

لكن الأمر ليس كما لو أن فيروس كورونا يحتاج إلى أن يصبح أكثر قوة للبقاء والازدهار. يقول جاستن باهل ، عالم الأحياء التطوري بجامعة جورجيا ، إنه بالفعل يكرر نفسه حول العالم بنجاح كبير. "الفيروسات نفسها ليست في الواقع تحت ضغط كبير لتغييرها."

يمكن أن تأتي الضغوط الانتقائية من تقديم علاجات ولقاحات فعالة ضد مجموعة ضيقة من سلالات الفيروس التاجي. إذا حدث ذلك ، فمن المرجح أن تتكاثر السلالات التي لا تستهدفها هذه الإجراءات.

لا يبدو أن التغييرات الجينية الصغيرة التي لاحظها الباحثون حتى الآن تغير وظيفة الفيروس. يقول باهل: "لا أعتقد أننا سنشهد سمات جديدة رئيسية ، لكنني أعتقد أننا سنشهد ظهور متغيرات مختلفة في السكان".

ومن المحتمل أن يكون معدل التغيير البطيء هذا أخبارًا جيدة للعلاجات واللقاحات. يعتقد الباحثون أنه بمجرد أن يكتسب الشخص مناعة ضد SARS-CoV-2 ، إما عن طريق التعافي من العدوى أو عن طريق الحصول على لقاح في المستقبل ، فمن المحتمل أن يكون محميًا من السلالات في الدورة الدموية "لسنوات بدلاً من شهور" ، كما يتوقع تريفور بيدفورد ، عالم الأحياء التطوري في مركز فريد هاتشينسون لأبحاث السرطان ، في تقييم تمت مشاركته على Twitter.

ستستخدم مشاريع مثل COVID-19 Genomics UK Consortium هذه الانجرافات الجينية لتتبع مسار الفيروس ومعرفة ما إذا كانت هناك مستشفيات أو مراكز مجتمعية تعتبر مناطق ساخنة للعدوى ، وفقًا لهاريسون. سيعطي هذا مسؤولي الصحة العامة فكرة عن مكان وكيفية انتقال الفيروس الآن.

هل سيرتفع الفيروس التاجي عند إعادة فتح المدارس؟ هل ستظهر سلالات جديدة تطور مقاومة للأدوية أو اللقاحات التي يتم إدخالها؟ للإجابة على مثل هذه الأسئلة ، كما يقول هاريسون ، فإن الخطة طويلة المدى هي تتبع الفيروس في الوقت الفعلي - ومعرفة كيف يتغير مع انتشاره.


بروتياز الفيروس التاجي

يستخدم الباحثون بنشاط هذه الهياكل للبحث عن المركبات التي تمنع عمل البروتياز ، لاستخدامها كأدوية مضادة للفيروسات. يشكل تنوع فيروسات كورونا تحديًا كبيرًا مع هذا الجهد: فقد تم تصنيف فيروسات كورونا إلى أربعة أجناس منفصلة ، وقد أظهرت الدراسات المتسلسلة والهيكلية أن بروتياز هذه الفيروسات يمكن أن تكون مختلفة تمامًا ، لذلك قد لا تكون الأدوية المصممة لمحاربة أحدها فعالة ضدها. الآخرين. تتمثل إحدى الطرق الممكنة لمواجهة هذا التحدي في محاولة تصميم مثبط واسع النطاق يستهدف الفيروس التاجي للخفافيش ، مثل الذي يظهر هنا من إدخال PDB 4yoi ، والذي قد يوفر بداية قوية لاكتشاف مثبطات ضد الفيروسات الناشئة حديثًا . يظهر الموقع النشط السيستين والهيستيدين في الرسم التوضيحي ، مع وجود مثبط باللون الفيروزي. لاستكشاف هذه البنية بمزيد من التفصيل ، انقر على الصورة للحصول على JSmol تفاعلي.

مواضيع لمزيد من المناقشة

  1. قد يكون شكل ثماني غير عادي من البروتياز الرئيسي متورطًا في نضجه. يمكنك رؤيته في إدخال PDB 3iwm.
  2. يمكنك مقارنة طيات البروتياز الرئيسي لفيروس كورونا والبروتياز السيرين باستخدام أداة "محاذاة الهيكل". حاول استخدام التربسينوجين (إدخال PDB 1tgs) ، بحيث يكون الإنزيم بأكمله عبارة عن سلسلة واحدة للمحاذاة.

الموارد ذات الصلة PDB-101

مراجع

  1. كوي ، جي ، لي ، إف ، شي ، زد. (2019) أصل وتطور الفيروسات التاجية المسببة للأمراض. نات. القس ميكروبيول. 17 ، 181-192.
  2. 4yoi: St John، SE، Tomar، S.، Stauffer، SR، Mesecar، AD (2015) استهداف الفيروسات الحيوانية المنشأ: التثبيط القائم على الهيكل للبروتياز الذي يشبه 3C من فيروس الخفافيش التاجي HKU4 - المستودع المحتمل للفيروس التاجي البشري الذي يسبب متلازمة الشرق الأوسط التنفسية (ميرس). Bioorg.Med.Chem. 23: 6036-6048
  3. 4ow0: Baez-Santos، YM، Barraza، SJ، Wilson، MW، Agius، MP، Mielech، AM، Davis، NM، Baker، SC، Larsen، SD، Mesecar، AD (2014) X-ray Structural and Biological Evaluation of سلسلة من مثبطات قوية وانتقائية للغاية لبروتياز فيروس كورونا البشري البابين. جي ميد تشيم. 57: 2393-2412
  4. Hilgenfeld، R. (2014) From SARS to MERS: تتيح الدراسات البلورية على البروتياز التاجي تصميم الأدوية المضادة للفيروسات. FEBS J. 281،4085-4096
  5. 1q2w: تقول شركة Pollack، A. (2003) إنها قامت بتعيين جزء من فيروس السارس. نيويورك تايمز ، 30 يوليو ، القسم ج ، الصفحة 2.

فبراير 2020 ، ديفيد جودسيل

حول PDB-101

يساعد PDB-101 المعلمين والطلاب وعامة الناس على استكشاف العالم ثلاثي الأبعاد للبروتينات والأحماض النووية. يساعد التعرف على أشكالها ووظائفها المتنوعة على فهم جميع جوانب الطب الحيوي والزراعة ، من تخليق البروتين إلى الصحة والمرض إلى الطاقة البيولوجية.

لماذا PDB-101؟ يتيح الباحثون في جميع أنحاء العالم هذه الهياكل ثلاثية الأبعاد مجانًا في أرشيف بنك بيانات البروتين (PDB). يبني PDB-101 المواد التمهيدية لمساعدة المبتدئين على البدء في الموضوع ("101" ، كما هو الحال في دورة مستوى الدخول) بالإضافة إلى موارد التعلم الموسع.


1: استنساخ الحمض النووي والنسخ والترجمة

A. الوظيفة: تسلسل قاعدة الحمض النووي يشفر المعلومات لتسلسل الأحماض الأمينية للبروتينات. الكود الجيني: علاقة من 1 إلى 1 بين كودون (تسلسل محدد من 3 قواعد) وحمض أميني واحد. العقيدة المركزية لعلم الوراثة / تدفق المعلومات في الخلايا - الشكل التأسيسي: تدفق المعلومات الجينية ص 1. سيتم نسخ الحمض النووي ونقله إلى خلايا الأبناء & rdquo

بنية الحمض النووي: الشكل 8.3 مزدوج الذين تقطعت بهم السبل (خيوطان من الحمض النووي) ، حلزوني و ldquodouble helix & rdquo ، antiparallel

1. خصلتان متماسكتان ببعضهما البعض بواسطة روابط هيدروجينية بين القواعد التكميلية داخل اللولب
2. روابط خارجية قوية و ldquosugar-phosphate & rdquo العمود الفقري روابط تساهمية phosphodiester الروابط النيوكليوتيدات
3. خيوط الدنا: بوليمرات النيوكليوتيدات
4. النيوكليوتيدات: 3 مكونات. السكر = ديوكسيريبوز ، فوسفات ، قاعدة نيتروجينية
5. القواعد النيتروجينية للحمض النووي

أ. البيورينات (حلقتان) = الأدينين (A) والجوانين (G) بيريميدين (حلقة واحدة) = الثايمين (T) والسيتوزين (C)
ب. قواعد Chagraff & rsquos: مقدار A = T ومقدار C = G هذا بسبب قواعد الاقتران الأساسي التكميلية

A = T شكل 2 روابط هيدروجينية
G = C تشكل 3 روابط هيدروجينية

* ج. يسمح الاقتران الأساسي التكميلي بالنسخ المتماثل الدقيق للحمض النووي

6. ديوكسيريبوز: بنتوز 5 كربون. C1 'مرتبطة تساهميًا بالقاعدة النيتروجينية.

C3 & rsquo = حر OH (ذيل)
C5 & rsquo مرتبطة بمجموعة الفوسفات (رأس)

7. كروموسومات بدائية النواة ترى الشكل معظم البكتيريا لها كروموسوم دائري واحد. نسخة واحدة من الكروموسومات = & ldquohaploid cells & rdquo (تحتوي معظم الخلايا البشرية على نسختين من الكروموسومات الخطية وتسمى & ldquodiploid cells & rdquo see & ldquoeukaryotic chromosomes).

8. التوبويزوميراز والجيرايز البكتيري

- إنزيمات التوبوزوميراز التي & ldquosupercoil & rdquo DNA أو تخفف من الالتفاف الفائق لأنواع مختلفة من التوبوزيوميرات في بكتريا قولونية.
النوع الأول / الثالث و rdquo و ldquorelax و rdquo لفائف الحمض النووي الفائقة
النوع الثاني = البكتيرية Gyrase: تقدم لفائف فائقة سالبة
& ldquo من خلال عمل الإيزوميراز العلوي ، يمكن لف جزيء الحمض النووي بالتناوب والاسترخاء. نظرًا لأن اللف ضروري لتعبئة الحمض النووي في حدود الخلية والاسترخاء ضروري حتى يمكن تكرار الحمض النووي (ونسخه) ، فإن هاتين العمليتين التكميليتين .. تلعبان دورًا مهمًا في سلوك الحمض النووي في الخلية. & ldquo Brock Biology of الكائنات الحية الدقيقة الطبعة الثامنة ص 185)

- يشارك الجيراز البكتيري في الالتفاف الفائق / تخفيف الالتفاف الفائق للحمض النووي

- المضادات الحيوية الكينولونات (مثل حمض الناليديكسيك) والفلوروكينولونات (مثل سيبروفلوكساسين) والنوفوبيوسين تمنع الجيروسين البكتيري وتتداخل مع نسخ / نسخ الحمض النووي انظر ص

جيم - توليف الحمض النووي بواسطة بوليميرات الحمض النووي الشكل ___ الجدول _____

1. يتطلب بوليميراز الحمض النووي خيطًا نموذجيًا (دليل) ، خيطًا تمهيديًا مع مجموعة 3 و rsquoOH مجانية ، ركائز / سلائف نشطة = ثلاثي فوسفات النوكليوزيد

* 2. تكرار الحمض النووي في 5 & rsquo إلى 3 & rsquo الاتجاه (5 & rsquo- & gt3 & rsquo). لا يمكن إضافة النيوكليوتيدات الواردة إلا إلى ذيل 3 و rsquoOH من حبلا DNA المتنامي

3. الأكسجين المكون من 3 مجموعات و rsquoOH يجعل هجومًا محبًا للنووية على معظم ذرات الفوسفور الداخلية من ثلاثي فوسفات النوكليوزيد الوارد. ينفصل البيروفوسفات ويتحلل بالماء بواسطة الفوسفاتازات الخلوية مع إطلاق الطاقة لدفع عملية التوليف. النيوكليوتيد مرتبط بحبلا التمهيدي بواسطة رابطة الفوسفوديستر (رابطة الإستر = الرابطة بين الكحول والحمض)

4. في حالة عدم وجود 3 و rsquoOH ، لا يمكن إطالة حبلا DNA = إنهاء سلسلة DNA. استخدام ثلاثي فوسفات ديديوكسينيوكليوزيد كنظائر أساسية وفي تفاعلات تسلسل الحمض النووي.

ثانيًا. تكرار الكروموسوم البكتيري تين ____

أذكر الكروموسوم البكتيري: الحمض النووي المفرد الدائري المزدوج الذي تقطعت به السبل في السيتوبلازم

يبدأ تكرار الحمض النووي في موقع محدد & ldquoori & rdquo = أصل النسخ المتماثل

ج. يستمر تكرار الحمض النووي بشكل ثنائي الاتجاه من ori ، مع تكوين فقاعة تكرار وشوكة نسخ متماثل. شوكات النسخ المتماثل = المناطق حيث d.s. تفكيك الحمض النووي ، شكل s.s. قوالب الحمض النووي ، يقوم DNA polymerase بعمل نسخة تكميلية من قالب ssDNA الأصل.

D. إن تكرار الحمض النووي هو شبه محافظ. 1 الوالد و ldquoold و rdquo يتم استخدام حبلا DNA كقالب أو دليل لتخليق 1 ابنة جديدة من خيط DNA. -النتيجة: كروموسوم واحد - & gt 2 ابنة. كل كروموسوم ابنة هو نسخة من كروموسوم الأب. يتكون كل كروموسوم ابنة من خيط DNA قديم واحد من الأبوين وخيط DNA جديد للابنة. 1 حبلا الوالدين هو & ldquoconserved & rdquo في كل كروموسوم ابنة جديد

E. الإنزيمات / البروتينات المشاركة في تخليق الحمض النووي. تعرف على الامتحان. الشكل 8 __ الجدول ___

1. * التوبويزوميراز ، على سبيل المثال ، الجيراز الجرثومي المتورط في الالتفاف الفائق للحمض النووي / تخفيفه
الالتفاف الفائق (هدف الكينولونات على سبيل المثال ، سيبروفلوكساسين و ldquocipro & rdquo المستخدمة لعلاج / منع
الجمرة الخبيثة الاستنشاق)

1. Helicase: يزيل ds DNA ، ويفكك روابط H بين القواعد ، ويشكل قالب الحمض النووي ss

2. بروتينات ربط حبلا واحدة SSBP تربط وتثبت وتحمي ssDNA

3. RNA Primase: بوليميراز RNA لا يتطلب خيطًا أوليًا للبدء
التوليف التمهيدي. يقوم بتركيب خيط تمهيدي قصير من الحمض النووي الريبي التكميلي مع 3 و rsquoOH مجانًا
المجموعة باستخدام SS DNA كقالب. يُنشئ مادة أولية من الحمض النووي الريبي ، مما يسمح ببوليميراز الحمض النووي
بدء تركيب الحمض النووي. (RNA polymerase لا يقرأ ldquoproof و rdquo وبالتالي يمكن أن يجعل
أخطاء كثيرة).

4-5. بوليميراز الحمض النووي: يتطلب خيطًا أوليًا وقالبًا ونيوكليوسيدًا منشطًا
ثلاثي الفوسفات (dATP ، dTTP ، DCTP ، dGTP). يجب أن يكون لديك قالب DNA. يقوم بتوليف الحمض النووي التكميلي
حبلا باستخدام حبلا الأم كقالب / دليل. إن بوليميريز الحمض النووي له قدرات & ldquoproofreading & rdquo ، هم & ldquocheck & rdquo
كل نيوكليوتيد يضيفونه ، يزيلون إذا كان غير صحيح ويضيفون النوكليوتيدات الصحيحة. بوليميرات الحمض النووي عالية
الإخلاص ، فإنهم يرتكبون أخطاء قليلة جدًا. معدلات الخطأ الأصلية 10-4 بعد التصحيح ، معدل الخطأ =
10-9 أي قاعدة واحدة غير صحيحة في كل 109 قواعد مضافة بكتريا قولونية: يقوم بوليميراز الدنا الثالث بمعظم توليف الدنا
بوليميريز DNA I: سيزيل RNA التمهيدي ويستبدل بتسلسل DNA

6. Ligase: يربط تسلسلات قصيرة من الحمض النووي (تسمى شظايا Okazaki) معًا على & ldquolagging
حبلا rdquo والواجبات المنزلية انظر تثبيط تخليق الحمض النووي. ما هي نظائر النوكليوتيدات؟ ما هي استخداماتهم؟

قارن وقارن بين بوليميرات الحمض النووي البكتيري وبوليميرات الحمض النووي الريبي
ملحوظة: ss = حبلا مفرد ds = حبلا مزدوج P = فوسفات
ملخص:

تقوم بوليميرات الحمض النووي بتوليف الحمض النووي التكميلي باستخدام قالب / دليل الحمض النووي
الحمض النووي
على سبيل المثال ، التسلسل الأساسي لقالب ssDNA: A T A G G C
تسلسل الحمض النووي التكميلي T A T C C G dna
تم تصنيعه بواسطة بوليميراز الحمض النووي


تقوم بوليميرات الحمض النووي الريبي بتجميع تسلسل الحمض النووي الريبي التكميلي باستخدام الحمض النووي كقالب / دليل
الحمض النووي
على سبيل المثال ، التسلسل الأساسي لقالب ssDNA: A T A G G C
تسلسل الحمض النووي الريبي التكميلي U A U C C G rna
توليفها بواسطة بوليميراز الحمض النووي الريبي


يتطلب تخليق الحمض النووي والحمض النووي الريبي مدخلات من الطاقة ، كلا من ATP والسلائف المشحونة

قارن وتناقض DNA Polymerase و RNA Polymerase
------------------------------------------------------------------------------------------------------------
بوليميريز الحمض النووي الريبي بوليميريز
قالب / دليل ss DNA ssDNA
تجميع الحمض النووي الريبي التكميلي الحمض النووي الريبي
السلائف المشحونة deoxyadenosine tri-P = dATP adenosine tri-P = ATP
deoxythymidine tri-P = dTTP uridine tri-P = UTP
deoxycytodine tri-P = dCTP cytodine tri-P = CTP
deoxyguanosine tri-P = dGTP guanosine tri-P = GTP
التمهيدي المطلوب؟ نعم / لا
التدقيق اللغوي / التحرير؟ نعم * لا


* تدقيق / تحرير DNA بوليميراز
Polymerases have a &rdquonormal&rdquo or &ldquointrinsic&rdquo mistake rate of approximately 10 -4 &ndash 10 -5 nucleotides (this means the polymerases introduce the incorrect nucleotide every 10,000 to 100, 000 nucleotides). DNA polymerases have the ability to &ldquoproofread
and edit&rdquo their mistakes. If they introduce the wrong nucleotide, they can remove or &ldquoexcise&rdquo the wrong nucleotide and try again to make a correct match. This reduces the mistake rate of DNA polymerases to approximately 10 -9 &ndash 10 -10 (or only one incorrect
nucleotide every 1,000,000,000 &ndash 10,000,000,000 nucleotides). RNA polymerase cannot proofread or edit so RNA polymerase make many mistakes (one reason many RNA viruses, for example HIV, mutate so rapidly. more later)

Transcription Prokaryotic


Review flow of information in cell
DNA--------> RNA --------->Protein

replication transcription translation

أنا. الكود الجيني: one to one relationship between specific codon (specific 3 base sequence) and an amino acid

ثانيًا. Bacterial Transcription: use of DNA as template/guide to synthesize complementary RNA.
DNA info is rewritten in RNA sequence. Fig ___

A. First step in gene expression

B. Products of transcription

1. messenger RNA=mRNA: will be translated into specific amino acid
sequence of a protein
2. transfer RNA=tRNA: actual &ldquotranslator&rdquo molecule, recognizes both a
specific codon and specific amino acid
3. ribosomal RNA=rRNA: combined with ribosomal proteins, will form
the ribosome, the &ldquoworkbench&rdquo at which mRNA is translated into a specific amino acid
sequence/polypeptide/protein

4. additional RNA products

ثالثا. Promoters and Bacterial RNA polymerases

أ. المروجين: specific DNA sequences which signal the &ldquostart&rdquo points for gene
النسخ. Sigma factor/subunit of RNA polymerase binds to promoters to
initiate transcription

ب. Bacterial RNA polymerases: enzyme complex which recognizes DNA promoters, binds
to promoter and synthesizes complementary RNA copy using DNA as
template/guide

بكتريا قولونية RNA Polymerase: 2 subunits, sigma subunit and core

أ. سigma subunit/factor= &ldquobrains&rdquo of RNA polymerase. يسافر
along DNA until it reaches a promoter, binds promoter

ب. core subunit: binds to sigma attached at promoter. &ldquoWorkhorse&rdquo
of RNA polymerase, carries out actual RNA synthesis. يتطلب
activated precursors and template strand, DOES NOT REQUIRE
PRIMER (compare to DNA Polymerase). Synthesizes RNA in 5&rsquo -
to->3&rsquo , similar to DNA polymerase. No proofreading ability
therefore will make more mistakes than DNA Polymerase

ج. sigma subunit will drop off after the first few ribonucleotides
have been linked together, core continues alone. Note: core would
start transcription randomly of DNA without direction of sigma
الوحدة الفرعية. مرنا متعدد الكريات (prok. only)

IV. Termination of transcription (over-simplified)

Terminators: DNA sequences which signal transcription stop signals. RNA
polymerase releases DNA when transcription terminator sequence encountered
Homework Describe antimicrobial drugs which bind to and inhibit function of bacterial RNA
polymerases (answer: rifampin _used to treat which pathogen?)

Bacterial Translation fig

Translation: RNA base sequence translated into amino acid sequence of protein. mRNA is template for
polypeptide synthesis. Second step in gene expression.

A.Translation of mRNA into a polypeptide chain is possible because of the genetic code:

1. genetic code: One to one relationship between a codon (specific sequence of 3 bases)
and a specific amino acid. Figure __ Genetic code table

أمثلة
mRNAcodon=amino acid
GAC=aspartate
CCU=proline
UUG=leucine
Genetic code: Redundant (more than one codon for each amino acid) yet specific (each codon
encodes info for 1 amino acid only). Universal most cellular organisms use same genetic code
some exceptions

B. Translation requires tRNA, amino acids, ATP/GTP, ribosomes and mRNA

ج. tRNA =transfer RNA. Adaptor/translator molecule. Only molecule which can "recognize" correct amino acid AND correct codon

1. structure: ss RNA, stem and loop

أ. amino acid attachment site at one end
ب. anticodon which "recognizes"(forms H bonds with) codon of mRNA

2. *45 different tRNA&rsquos for 20 different amino acids &ldquowobble&rdquo permits some tRNA&rsquos to bind to more than one codon (&ldquorelaxed&rdquo/improper base painring between 3 base of codon and anticodon)

D. amino acyl tRNA synthetases* : &ldquoload&rdquo proper amino acid on proper tRNA= amino acid activation. 20 different transferases for 20 different amino acids/tRNA&rsquos amino acid x+ ATP + tRNAx--> tRNAx:amino acid x + AMP + 2 P* &ldquocharged tRNA&rdquo or &ldquoactivated amino acid&rdquo

E. Ribosomes: 70S in prokaryotes. 2 subunits 30S (small subunit) + 50S (large subunit) S=Svedberg Unit, use to express sedimentation rates, ultracentrifugation

made of rRNA and ribosomal proteins. &ldquoWorkbench&rdquo at which mRNA will be translated into a polypeptide. 16s rRNA binds RBS (Ribosomal Binding Site on mRNA). 23s rRNA acts a ribozyme, forms peptide bonds between amino acidس E, P and A sites.

F. Mechanics of translation: text. GTP is hydrolyzed during translation

Translation Initiation (note: tRNA-f met may first bind 30S subunit before 30S subunit binds RBS)

1. 30S subunit recognizes ribosomal binding site RBS/Shine-Dalgarno sequence. Complementary to 16s rRNA sequence of ribosome.
2. Translation begins at start codon AUG closest to ribosomal binding site
3. An initiator tRNA:methionine ( more precisely a formyl methionine in bacteria) enters the &ldquoP&rdquo or peptidyl binding site of the ribosome. A tRNA fits into the binding site when its anticodon base-pairs with the mRNA codon
4. The larger ribosomal 50S subunit then binds the complex
5. Additional proteins called initiation factors are required to bring all components together

Translation Elongation: amino acids are added one by one to first amino acid. Additional protein
elongation factors required

1. A second appropriately charged tRNA enters the &ldquoA&rdquo or aminoacyl binding site of the ribosome, bearing the next amino acid.
2. Peptide bond formation. 23s rRNA of large subunit catalyzes formation of peptide bond between amino acid at P site and amino acid at A site (rRNA acts as a &ldquoribozyme&rdquo, RNA catalyst) -amino acid of tRNA at P site is transferred to amino acid bond of tRNA at A site
3. Now ribosome moves &ldquodownstream&rdquo by one codon. tRNA carrying dipeptide is now in P site, A site is empty.
4. New appropriately amino acid charged tRNA enters A site
5. Ribosome catalyzes peptide bond formation between dipeptide and new incoming amino acid. Tripeptide is carried by tRNA at A site
6. Translocation:
7. Requires energy (GTP )

1. Ribosome reaches one of 3 nonsense codons/stop codons: UAA, UGA, UAG
2. Release factor binds A site, causes polypeptide and ribosome to be released from mRNA (by activation of ribozyme)

G. Polycistronic mRNA in prokaryotes permit coordinated gene expression in prokaryotes

mRNA encodes more than one gene so ribosomes can coordinately produce several
different proteins. For example 3 genes for proteins involved in lactose transport/metabolism in E. coli are
transcribed into a single mRNA molecule. Ribosomes translate all 3 into proteins at same time

H. Simultaneous transcription and translation in prokaryotes only. Ribosomes can bind mRNA and begin translation before transcription is finished. Very efficient. Fig ____


الملخص

We are attempting to understand the processes required to accurately replicate the repetitive DNA sequences whose instability is associated with several human diseases. Here we test the hypothesis that the contribution of exonucleolytic proofreading to frameshift fidelity during replication of repetitive DNA sequences diminishes as the number of repeats in the sequence increases. The error rates of proofreading-proficient T7, T4, and Pyrococcus furiosis DNA polymerases are compared to their exonuclease-deficient derivatives, for +1 and −1 base errors in homopolymeric repeat sequences of three to eight base pairs. All three exonuclease-deficient polymerases produce frameshift errors during synthesis at rates that increase as a function of run length, suggesting the involvement of misaligned intermediates. Their wild-type counterparts are all much more accurate, suggesting that the majority of the intermediates are corrected by proofreading. However, the contribution of the exonuclease to fidelity decreases substantially as the length of the homopolymeric run increases. For example, the exonuclease enhances the frameshift fidelity of T7 DNA polymerase in a run of three A·T base pairs by 160-fold, similar to its contribution to base substitution fidelity. However, in a run of eight consecutive A·T base pairs, the exonuclease only enhances frameshift fidelity by 7-fold. A similar pattern was observed with T4 and Pfu DNA polymerases. Thus, both polymerase selectivity and exonucleolytic proofreading efficiency are diminished during replication of repetitive sequences. This may place an increased relative burden on post-replication repair processes to reduce rates of addition and deletion mutations in organisms whose genome contains abundant simple repeat DNA sequences.

لمن ينبغي أن تعالج المراسلات. Phone: (919)-541-2644. Fax: (919)-541-7613. Email: [email protected]


From Bats to Human Lungs, the Evolution of a Coronavirus

For thousands of years, a parasite with no name lived happily among horseshoe bats in southern China. The bats had evolved to the point that they did not notice they went about their nightly flights unbothered. One day, the parasite—an ancestor of the coronavirus, SARS-CoV-2—had an opportunity to expand its realm. Perhaps it was a pangolin, the scaly anteater, an endangered species that is a victim of incessant wildlife trafficking and sold, often secretly, in live-animal markets throughout Southeast Asia and China. Or not. The genetic pathway remains unclear. But to survive in a new species, whatever it was, the virus had to mutate dramatically. It might even have taken a segment of a different coronavirus strain that already inhabited its new host, and morphed into a hybrid—a better, stronger version of itself, a pathogenic Everyman capable of thriving in diverse species. More recently, the coronavirus found a new species: ours. Perhaps a weary traveller rubbed his eyes, or scratched his nose, or was anxiously, unconsciously, biting his fingernails. One tiny, invisible blob of virus. One human face. And here we are, battling a global pandemic.

The world’s confirmed cases (those with a positive lab test for COVID-19, the disease caused by SARS-CoV-2) doubled in seven days, from nearly two hundred and thirteen thousand, on March 19th, to four hundred and sixty-seven thousand, on March 26th. Nearly twenty-one thousand people have died. The United States now has more confirmed cases than any country on earth, with more than eighty thousand on March 26th. These numbers are a fraction of the real, unknown total in this country and around the world, and the numbers will keep going up. Scientists behind a new study, published earlier this month in the journal علم, have found that for every confirmed case there are likely five to ten more people in the community with an undetected infection. This will likely remain the case. “The testing is not near adequate,” one of the study’s authors, Jeffrey Shaman, an environmental-health sciences professor at Columbia University, said. Comments from emergency-room doctors have been circulating on social media like S.O.S. flares. One, from Daniele Macchini, a doctor in Bergamo, north of Milan, described the situation as a “tsunami that has overwhelmed us.”

Scientists first discovered that coronaviruses originate among bats following the outbreak of Severe Acute Respiratory Syndrome (SARS) in 2003. Jonathan Epstein, an epidemiologist at the EcoHealth Alliance in New York who studies zoonotic viruses—those that can jump from animals to people—was part of a research team that went hunting for the source in China’s Guangdong Province, where simultaneous SARS outbreaks had occurred, suggesting multiple spillovers from animals to people. At first, health officials believed palm civets, a mongoose-like species commonly eaten in parts of China, were responsible, as they were widely sold at markets connected to the SARS outbreak, and tested positive for the virus. But civets bred elsewhere in Guangdong had no antibodies for the virus, indicating that the market animals were only an intermediary, highly infectious host. Epstein and others suspected that bats, which are ubiquitous in the area’s rural, agricultural hills, and were, at the time, also sold from cages at Guangdong’s wet markets, might be the coronavirus’s natural reservoir.

The researchers travelled through the countryside, setting up field labs inside limestone caverns and taking swabs from dozens of bats through the night. After months of investigation, Epstein’s team discovered four species of horseshoe bats that carried coronaviruses similar to SARS, one of which carried a coronavirus that was, genetically, a more than ninety per cent match. “They were found in all of the locations where SARS clusters were happening,” he said.

After years of further bat surveillance, researchers eventually found the direct coronavirus antecedent to SARS, as well as hundreds of other coronaviruses circulating among some of the fourteen hundred bats species that live on six continents. Coronaviruses, and other virus families, it turns out, have been co-evolving with bats for the entire span of human civilization, and possibly much longer. As the coronavirus family grows, different strains simultaneously co-infect individual bats, turning their little bodies into virus blenders, creating new strains of every sort, some more powerful than others. This process happens without making bats sick—a phenomenon that scientists have linked to bats’ singular ability, among mammals, to fly. The feat takes a severe toll, such that their immune systems have evolved a better way to repair cell damage and to fight off viruses without provoking further inflammation. But when these viruses leap into a new species—whether a pangolin or a civet or a human—the result can be severe, sometimes deadly, sickness.

In 2013, Epstein’s main collaborator in China, Shi Zheng-Li, sequenced a coronavirus found in bats, which, in January, she discovered shares ninety-six per cent of its genome with SARS-CoV-2. The two viruses have a common ancestor that dates back thirty to fifty years, but the absence of a perfect match suggests that further mutation took place in other bat colonies, and then in an intermediate host. When forty-one severe cases of pneumonia were first announced in Wuhan, in December, many of them were connected to a wet market with a notorious wildlife section. Animals are stacked in cages—rabbits on top of civets on top of ferret-badgers. “That’s just a gravitational exchange of fecal matter and viruses,” Epstein said. Chinese authorities reported that they tested animals at the market—all of which came back negative—but they have not specified which animals they tested, information that is crucial for Epstein’s detective work. Authorities later found the virus in samples taken from the market’s tables and gutters. But, because not all of the first patients were tied to the market, nor were they connected to one another, Epstein said, “it raised the question of, well, perhaps those forty-one weren’t the first cases.”

Analyses of the SARS-CoV-2 genome indicate a single spillover event, meaning the virus jumped only once from an animal to a person, which makes it likely that the virus was circulating among people before December. Unless more information about the animals at the Wuhan market is released, the transmission chain may never be clear. There are, however, numerous possibilities. A bat hunter or a wildlife trafficker might have brought the virus to the market. Pangolins happen to carry a coronavirus, which they might have picked up from bats years ago, and which is, in one crucial part of its genome, virtually identical to SARS-CoV-2. But no one has yet found evidence that pangolins were at the Wuhan market, or even that venders there trafficked pangolins. “We’ve created circumstances in our world somehow that allows for these viruses, which would otherwise not be known to cause any problems, to get into human populations,” Mark Denison, the director of pediatric infectious diseases at Vanderbilt University Medical Center’s Institute for Infection, Immunology, and Inflammation, told me. “And this one happened to say, ‘I really like it here.’ ”

The new coronavirus is an elusive killer. Since people have never seen this strain before, there is much about it that remains a mystery. But, in just the past few weeks, genetic sleuthing, atomic-level imaging, computer modelling, and prior research on other types of coronaviruses, including SARS و MERS (Middle East Respiratory Syndrome), have helped researchers to quickly learn an extraordinary amount—particularly what might treat or eradicate it, through social-distancing measures, antiviral drugs, and, eventually, a vaccine. Since January, nearly eight hundred papers about the virus have been posted on BIORxiv, a preprint server for studies that have not yet been peer-reviewed. More than a thousand coronavirus genome sequences, from different cases around the world, have been shared in public databases. “It’s insane,” Kristian Andersen, a professor in the Department of Immunology and Microbiology at Scripps Research, told me. “Almost the entire scientific field is focussed on this virus now. We’re talking about a warlike situation.”

There are endless viruses in our midst, made either of RNA or DNA. DNA viruses, which exist in much greater abundance around the planet, are capable of causing systemic diseases that are endemic, latent, and persistent—like the herpes viruses (which includes chicken pox), hepatitis B, and the papilloma viruses that cause cancer. “DNA viruses are the ones that live with us and stay with us,” Denison said. “They’re lifelong.” Retroviruses, like H.I.V., have RNA in their genomes but behave like DNA viruses in the host. RNA viruses, on the other hand, have simpler structures and mutate rapidly. “Viruses mutate quickly, and they can retain advantageous traits,” Epstein told me. “A virus that’s more promiscuous, more generalist, that can inhabit and propagate in lots of other hosts ultimately has a better chance of surviving.” They also tend to cause epidemics—such as measles, Ebola, Zika, and a raft of respiratory infections, including influenza and coronaviruses. Paul Turner, a Rachel Carson professor of ecology and evolutionary biology at Yale University, told me, “They’re the ones that surprise us the most and do the most damage.”

Scientists discovered the coronavirus family in the nineteen-fifties, while peering through early electron microscopes at samples taken from chickens suffering from infectious bronchitis. The coronavirus’s RNA, its genetic code, is swathed in three different kinds of proteins, one of which decorates the virus’s surface with mushroom-like spikes, giving the virus the eponymous appearance of a crown. Scientists found other coronaviruses that caused disease in pigs and cows, and then, in the mid-nineteen-sixties, two more that caused a common cold in people. (Later, widespread screening identified two more human coronaviruses, responsible for colds.) These four common-cold viruses might have come, long ago, from animals, but they are now entirely human viruses, responsible for fifteen to thirty per cent of the seasonal colds in a given year. We are their natural reservoir, just as bats are the natural reservoir for hundreds of other coronaviruses. But, since they did not seem to cause severe disease, they were mostly ignored. In 2003, a conference for nidovirales (the taxonomic order under which coronaviruses fall) was nearly cancelled, due to lack of interest. ثم SARS emerged, leaping from bats to civets to people. The conference sold out.

SARS is closely related to the new virus we currently face. Whereas common-cold coronaviruses tend to infect only the upper respiratory tract (mainly the nose and throat), making them highly contagious, SARS primarily infects the lower respiratory system (the lungs), and therefore causes a much more lethal disease, with a fatality rate of approximately ten per cent. (MERS, which emerged in Saudi Arabia, in 2012, and was transmitted from bats to camels to people, also caused severe disease in the lower respiratory system, with a thirty-seven per cent fatality rate.) SARS-CoV-2 behaves like a monstrous mutant hybrid of all the human coronaviruses that came before it. It can infect and replicate throughout our airways. “That’s why it is so bad,” Stanley Perlman, a professor of microbiology and immunology who has been studying coronaviruses for more than three decades, told me. “It has the lower-respiratory severity of SARS و MERS coronaviruses, and the transmissibility of cold coronaviruses.”

سبب واحد لذلك SARS-CoV-2 may be so versatile, and therefore so successful, has to do with its particular talent for binding and fusing with lung cells. All coronaviruses use their spike proteins to gain entry to human cells, through a complex, multistep process. First, if one imagines the spike’s mushroom shape, the cap acts like a molecular key, fitting into our cells’ locks. Scientists call these locks receptors. في SARS-CoV-2, the cap binds perfectly to a receptor called the ACE-2, which can be found in various parts of the human body, including the lungs and kidney cells. Coronaviruses attack the respiratory system because their ACE-2 receptors are so accessible to the outside world. “The virus just hops in,” Perlman told me, “whereas it’s not easy to get to the kidney.”

While the first SARS virus attached to the ACE-2 receptor, as well, SARS-CoV-2 binds to it ten times more efficiently, Kizzmekia Corbett, the scientific lead of the coronavirus program at the National Institutes of Health Vaccine Research Center, told me. “The binding is tighter, which could potentially mean that the beginning of the infection process is just more efficient.” SARS-CoV-2 also seems to have a unique ability, which SARS و MERS did not have, to use enzymes from our human tissue—including one, widely available in our bodies, named furin—to sever the spike protein’s cap from its stem. Only then can the stem fuse the virus membrane and the human-cell membrane together, allowing the virus to spit its RNA into the cell. According to Lisa Gralinski, an assistant professor in the Department of Epidemiology at the University of North Carolina at Chapel Hill, this supercharged ability to bind to the ACE-2 receptor, and to use human enzymes to activate fusion, “could aid a lot in the transmissibility of this new virus and in seeding infections at a higher level.”

Once a coronavirus enters a person—lodging itself in the upper respiratory system and hijacking the cell’s hardware—it rapidly replicates. When most RNA viruses replicate themselves in a host, the process is quick and dirty, as they have no proofreading mechanism. This can lead to frequent and random mutations. “But the vast majority of those mutations just kill the virus immediately,” Andersen told me. Unlike other RNA viruses, however, coronaviruses فعل have some capacity to check for errors when they replicate. “They have an enzyme that actually corrects mistakes,” Denison told me.

It was Denison’s lab at Vanderbilt that first confirmed, in experiments on live viruses, the existence of this enzyme, which makes coronaviruses, in a sense, cunning mutators. The viruses can remain stable in a host when there is no selective pressure to change, but rapidly evolve when necessary. Each time they leap into a new species, for example, they are able to hastily transform in order to survive in the new environment, with its new physiology and a new immune system to battle. Once the virus is spreading easily within a species, though, its attitude is, “I’m happy, I’m good, no need to change,” Denison said. That seems to be playing out now in humans as SARS-CoV-2 circles the globe, there are slight variations among its strains, but none of them seem to affect the virus’s behavior. “This is not a virus that is rapidly adapting. It’s like the best car in the Indy 500. It’s out in front and there is no obstacle in its path. So there is no benefit to changing that car.”

A virus replicates in order to shed from its host—through mucus, snot, phlegm, and even our breath—as soon as possible, in great quantities, so that it can keep spreading. The coronavirus happens to be a brilliant shedder. A preprint study by German researchers, published earlier this month, and one of the first outside China to examine data from patients diagnosed with COVID-19, found clear evidence that infected people shed the coronavirus at significant rates before they develop symptoms. In effect—possibly due to that supercharged ability to bind and fuse to our cells—the virus wears an invisibility cloak. Scientists recently estimated that undocumented cases of COVID-19, or infected people with mild symptoms, are fifty-five per cent as contagious as severe cases. Another study found that in more severe cases (requiring hospitalization), patients shed the virus from their respiratory tracts for as long as thirty-seven days.

Outside a host, in parasitical purgatory, a virus is inert, not quite alive, but not dead, either. A hundred million coronavirus particles could fit on the head of a pin—typically, thousands or tens of thousands are necessary to infect an animal or a person—and they might remain viable for long stretches. Researchers at the Virus Ecology Unit of Rocky Mountain Laboratories, in Montana, a facility connected to the National Institute of Allergy and Infectious Diseases, have found that the virus can linger on copper for four hours, on a piece of cardboard for twenty-four hours, and on plastic or stainless steel for as long as three days. They also found that the virus can survive, for three hours, floating through the air, transmitted by the tiny respiratory droplets an infected person exhales, sneezes, or coughs out. (Other research suggests the virus might be able to exist as an aerosol, but only in very limited conditions.) Most virus particles, though, seem to lose their virulency fairly quickly. The infection window is highest in the first ten minutes. Still, the risk of infection has turned many of us, understandably, into germophobes.

All a virus wants is an endless chain of hosts. Contagion is the evolutionary end goal. Based on experiments so far, researchers estimate that COVID-19 is slightly more communicable than the common flu and less communicable than the most highly infectious viruses, like measles, with which a single sick person can infect around twelve other people. There are likely coronavirus super-spreaders—people who, for whatever reason, are almost entirely asymptomatic but transmit the disease to many other people. But pinning down an exact infection rate, at this point, is an impossible task. “We tend to focus on these absolute numbers as telling us how worried we should be,” Denison said. “Look, it’s like flooding. You know, is it up to my knees or is it up to my chin? It doesn’t matter. I need to do something to try to make sure I’m not gonna drive my car into the flood.”

In many places, we already have driven into the flood. As hundreds of people die each day, hospitals are running out of supplies, beds, and ventilators. In these severe COVID-19 cases, according to scientists’ current understanding, the disease may have more to do with a haywire immune response to the virus than anything else. Because the virus can gain a foothold in our lower respiratory system while still wearing that invisibility cloak, it “basically beats the immune system to the punch and starts replicating too rapidly,” Perlman said. When the immune system finally does register its presence, it might go into overdrive, and send everything in its arsenal to attack, since it has no specific antibodies to fight these strange new invaders. “It’s like pouring gas on the fire,” Denison told me. The lung tissue swells and fills with fluid. Breathing is restricted, as is the exchange of oxygen. “The host immune response just gets triggered to such an extreme level, and then builds on itself and builds on itself until ultimately the body kind of goes into shock,” Gralinski said. It is almost like an autoimmune disease the immune system is attacking parts of the body that it should not.

This type of response might be why the elderly are, on the whole, more vulnerable to COVID-19, just as they were to the SARS outbreak in 2003. (In that outbreak, there were almost no deaths among children under the age of thirteen, and, when kids did get sick, the disease was, on average, milder than what affected adults.) When studying SARS in mice models, Denison told me that he has observed a phenomenon known as “immune senescence,” in which older mice no longer had the capacity to respond in a balanced way to a new virus their immune systems’ overreaction then caused even more severe disease. This occurred in some of the worst cases during the first SARS outbreak, too, Denison said, and explains why antiviral drugs may be significantly more helpful at the onset of illness, before the immune system has had a chance to wreak havoc.

In the last decade, Denison’s lab and collaborators at the University of North Carolina have been researching antiviral treatments to try to find something that worked not just against SARS و MERS but for a new coronavirus which, they knew, would inevitably arrive. Together, they did much of the early research into the drug now known as Remdesivir, which is currently in development by Gilead and in studies on infected patients, and another antiviral drug compound, known as NHC. Both drugs, in animal models, were able to bypass, avoid, or block the coronavirus’s proofreading function, which helped stop the virus from replicating successfully in the body. “They worked very effectively against all the coronaviruses that we’ve tested,” Denison told me.

Coronaviruses likely have that proofreading enzyme because they are huge—one of the largest RNA viruses in existence—and they need a mechanism that maintains such a long genome’s structure. From our perspective, the benefit of such a big genome, Andersen told me, “is that the more genes and protein products a virus has, the more opportunities we have to design specific treatments against them.” For instance, the virus’s unique ability to use the human enzyme furin offers promise for antiviral drugs that act as furin inhibitors.

COVID-19, while still new to us hosts, will continue to be responsible for widespread infection and death. But, Epstein said, “Over time, as viruses evolve with their natural habitats, they tend to cause less severe disease. And that is good for both the host and the virus.” The more virulent strains might burn out (which, however, means many more awful deaths), while the remaining hosts might build up some immunity. More immediately, and urgently, the virus’s stability—how much it is thriving among us right now, and mutating only minimally—bodes well for the performance of antiviral drugs and, eventually, a vaccine. If the growing number of mitigation measures—this unprecedented national and international shutdown—are held in place for enough time, the speed at which the virus is spreading should slow, giving hospitals and health workers some relief. “The virus is our teacher,” Denison told me. It has spent thousands of years evolving to get where it is. We’re now just rushing to catch up.


The pace of evolution

Mutations may happen randomly, but the rate at which they occur depends on the virus. The enzymes that copy DNA viruses, called DNA polymerases, can proofread and fix errors in the resulting strings of genetic letters, leaving few mutations in each generation of copies.

But RNA viruses, like SARS-CoV-2, are the evolutionary gamblers of the microscopic world. The RNA polymerase that copies the virus’s genes generally lacks proofreading skills, which makes RNA viruses prone to high mutation rates—up to a million times greater than the DNA-containing cells of their hosts.

Coronaviruses have a slightly lower mutation rate than many other RNA viruses because they can do some light genetic proofreading. “But it’s not enough that it prevents these mutations from accumulating,” says virologist Louis Mansky, the director for the Institute for Molecular Virology at the University of Minnesota. So as the novel coronavirus ran amok around the world, it was inevitable that a range of variants would arise.

The true mutation rate of a virus is difficult to measure though. “Most of those mutations are going to be lethal to the virus, and you’ll never see them in the actively growing, evolving virus population,” Mansky says.

Instead, genetic surveys of sick people can help determine what’s known as the fixation rate, which is a measure of how often accumulated mutations become “fixed” within a viral population. Unlike mutation rate, this is measured over a period of time. So the more a virus spreads, the more opportunities it has to replicate, the higher its fixation rate will be, and the more the virus will evolve, Duffy says.

For SARS-CoV-2, scientists estimate that one mutation becomes established in the population every 11 days or so. But this process may not always happen at a steady pace.

In December 2020, the variant B.1.1.7 caught scientists’ attention when its 23 mutations seemed to suddenly crop up as the virus rampaged through Kent. Some scientists speculate that a chronically ill patient provided more opportunities for replication and mutation, and the use of therapies such as convalescent plasma may have pressured the virus to evolve. Not every change was necessarily useful to the virus, Duffy notes, yet some mutations that emerged allowed the variant to spread rapidly.


معلومات اكثر

التطبيقات

  • DNA labeling by nick translation
  • DNA end blunting of 5'- and 3'-overhangs
  • cDNA synthesis from DNA or RNA template

مصدر

تخزين

Unit definition

One unit is defined as the amount of enzyme that catalyzes the incorporation of 10 nmol of total nucleotides into acid-insoluble product in 30 minutes at 37°C and pH 7.4, using poly d(A-T) as the template-primer.

تركيز

Product citations

Friedberg, E. C. The eureka enzyme: the discovery of DNA polymerase. نات. القس مول. خلية بيول. 7, 143&ndash7 (2006).

Lehman, I. R., Bessman, M. J., Simms, E. S. & Kornberg, A. Enzymatic synthesis of deoxyribonucleic acid. I. Preparation of substrates and partial purification of an enzyme from Escherichia coli. J. بيول. تشيم. 233, 163&ndash70 (1958).

Okayama, H. & Berg, P. High-efficiency cloning of full-length cDNA. مول. زنزانة. بيول. 2, 161&ndash70 (1982).

Ricchetti, M. & Buc, H. E. coli DNA polymerase I as a reverse transcriptase. EMBO J. 12, 387&ndash96 (1993).

Rigby, P. W., Dieckmann, M., Rhodes, C. & Berg, P. Labeling deoxyribonucleic acid to high specific activity في المختبر by nick translation with DNA polymerase I. جيه مول. بيول. 113, 237&ndash51 (1977).

Sambrook, J., Fritsch, E. F. & Maniatis, T. Molecular cloning : a laboratory manual. (Cold Spring Harbor Laboratory, 1989).

معلومات المنتج الإضافية

يرجى الاطلاع على شهادة تحليل المنتج للحصول على معلومات حول ظروف التخزين ومكونات المنتج والمواصفات الفنية. يرجى الاطلاع على قائمة مكونات المجموعة لتحديد مكونات المجموعة. توجد شهادات التحليل وقوائم مكونات الأدوات ضمن علامة التبويب "المستندات".

Takara Bio USA, Inc.
United States/Canada: +1.800.662.2566 &bull Asia Pacific: +1.650.919.7300 &bull Europe: +33.(0)1.3904.6880 &bull Japan: +81.(0)77.565.6999
FOR RESEARCH USE ONLY. NOT FOR USE IN DIAGNOSTIC PROCEDURES. © 2021 Takara Bio Inc. All Rights Reserved. All trademarks are the property of Takara Bio Inc. or its affiliate(s) in the U.S. and/or other countries or their respective owners. Certain trademarks may not be registered in all jurisdictions. Additional product, intellectual property, and restricted use information is available at takarabio.com.

Takara Bio Europe is a member of the Takara Bio Group, a leading life sciences company that is committed to improving the human condition through biotechnology. Through our Takara, Clontech, and Cellartis brands, our mission is to develop high-quality innovative tools and services to accelerate discovery.


Funding Notes

Search suggestions

Based on your current searches we recommend the following search filters.

Check out our other PhDs in Newcastle, United Kingdom

Check out our other PhDs in United Kingdom

Start a New search with our database of over 4,000 PhDs

PhD suggestions

Based on your current search criteria we thought you might be interested in these.


شاهد الفيديو: proofreading service خدمات تدقيق لغوي #shorts (شهر فبراير 2023).