Міні-проєкт "Модифікація і створення вірусів"

Учнівський дослідницький міні-проєкт з біології на тему "Модифікація і створення вірусів" був створений учнем 9 класу ліцею для того, щоб вивчити способи виявлення вірусів та для того, щоб запропонувати універсальний протокол перевірки вірусів на походження.

Докладніше про проєкт:

Виконуючи дослідницьку роботу над навчальним проєктом з біології про модифікацію і створення вірусів учень 9 класу дає обгрунтування поняття "вірус", "синтез генів" та "ПЛР". Автор визначив, що сама перевірка вірусів буде полягати в секвенуванні геному вірусу, його аналізу, виявлені ділянок відповідальних за певну активність.

Ознайомлення з поняттям вірусу, його створенням, видами і модификацією відбувається в рамках роботи над проєктом в 9 класі. Учень в проєктній роботі розглядає інформацію з синтезу генів, ПЛР і ретрикції-лігування, із зацікавленістю досліджує різні способи виявлення вірусів.

Зміст

Вступ
1. Вірус та його види
2. Синтез генів
3. ПЛР і ретрикція-лігування
4. Способи виявлення вірусів
Висновки

На даний момент тема штучного або природного походження вірусів є досить актуальною та обговорюємою, і було б добре назавжди припинити суперечки з цього приводу запропонувавши універсальний протокол перевірки віруси на походженя.

Віруси - доклітинний інфекційний агент, що складається з нуклеїнової кислоти, капсиду (та суперкапсиду в разі складних вірусів).
(Цифрами позначено: (1) капсид, (2) геномна нуклеїнова кислота, (3) капсомер, (4) нуклеокапсид, (5) віріон, (6) ліпідна оболонка, (7) мембранні білки оболонки)

Синтез буде полягати у внесені потрібних змін у існуючу послідовність вірусу. Існують відразу декілька методів за допомогою яких ми можемо це здійснити:

1. синтез генів
2. вбудування за допомогою ПЛР та рестрикції-лігування

У чому ж полягає суть кожного з методів?

Синтез генів наприклад був використаний під час створення у полівірусу, у ході якого комплементарна ДНК поліомієліту (кДНК) була синтезована шляхом збирання олігонуклеотидів з плюсом і мінусом полярності ниток. Синтетична кДНК поліомієліту транскрибувалася РНК-полімеразою у вірусну РНК, яка транслювалася і реплікувалася в безклітинному екстракті, що призводить до синтезу de novo інфекційного поліомієліту.

Експерименти в культурі тканин з використанням нейтралізуючих антитіл та рецепторів специфічних антитіл до CD155 та тести на нейровірулентність у трансгенних мишах CD155 підтвердили, що синтетичний вірус має біохімічні та патогенні властивості поліовірусу. Наші результати показують, що можна синтезувати збудника інфекції хімічно-біохімічним шляхом in vitro виключно , дотримуючись інструкцій із письмової послідовності.

ПЛР і ретрикція-лігування - два способи одного методу. За допомогою ферментів рестриктаз відбувається так зване “розрізання” з утворенням липких кінців і подальшим зшиванням за допомогою лігаз.

Розібравшись, як можно штучно створити вірус, розглянемо як виявити його. Почнемо з найпростішого. Деякі методи, наприклад такі ,як старий метод рестрикції-лігування залишають після себе так звані “шрамові послідовності “ щоб виявити які , необхідно провести аналіз геному.

З’ясувати походження вірусу також можна за допомогою молекулярно-філогенетичного методу-встановлення родинних зв'язків між організмами на підставі вивчення структури полімерних макромолекул - ДНК, РНК і білків. Результатом молекулярно-філогенетичного аналізу є побудова філогенетичного дерева. З його допомогою можна прослідкувати найбільш вірогідний шлях еволюції конкретного вірусу.

Виявлення за повним аналізом геному, наприклад, така перевірка була застосована до геному вірусу SARS-CoV-2: були проаналізовані кодуючі білкові шипи на поверхні вірусу, які він використовує для захоплення і проникнення в клітини людини і тварин. Був вивчений також рецептор-зв'язуючий домен (RBD) - «захватний гачок», і «молекулярний ніж», який дозволяє вірусу зламувати стінку клітини і впроваджуватися в неї.Результати дослідження показали, що RBD-частина SARS-CoV-2 еволюціонувала, щоб ефективно зв'язуватися з рецептором ACE2 на клітинах людини.

Висока ефективність шипа для захоплення клітин свідчить про те, що новий вірус не є продуктом генної інженерії. Про це також свідчить і те, що каркас SARS-CoV-2 відрізняється від такого вже відомих коронавірусів і в основному нагадує споріднені віруси у кажанів і панголінів.

• На 100% довести факт штучного походження можливо лише в разі використання методу рестрикції-лігування з шрамовими послідовностями. В інших випадках завжди можна припускати інший варіант.
• Сама перевірка буде полягати в секвенуванні геному вірусу, його аналізу, виявлені ділянок відповідальних за певну активність, та в першу чергу порівняння з послідовностями близькоспоріднених вірусів. При виявлені незрозумілих послідовностей доречно буде провести широке порівняння.