Trys, keturios ar daugiau: koks stebuklingas skaičius pastiprinimo vakcinacijoms?

  „COVID vakcinos stiprintuvai pasirodė esanti naudinga priemonė prieš „omikron“, tačiau mokslininkai teigia, kad begalinis vakcinacijos skatinimas gali būti nelabai praktiška ar tvari strategija.

 

    Praėjusių metų pabaigoje atlikti tyrimai parodė, kad trečiosios COVID vakcinų dozės (stiprintuvai) buvo veiksmingos, suteikiant šiek tiek papildomos apsaugos nuo infekcijos, ypač „omikron“ varianto atveju. Kai kurios šalys dabar siūlo ketvirtąsias dozes, tačiau mokslininkai teigia, kad begalinis stiprinimas gali būti neperspektyvi strategija, taip pat ne tai, kaip šios vakcinos buvo skirtos naudoti.

 

    „Mes esame visiškai neištyrinėtoje vakcinacijos srityje“, – sako Danny Altmannas, Londono imperatoriškojo koledžo imunologas. „Mes pakliuvome į de facto dažnų mRNR stiprintuvų programą kaip neatidėliotiną priemonę, tačiau tai tikrai nėra tinkamas būdas.

 

    „Omikron“ skatina diskusiją apie COVID vakciną

 

    Sausio pradžioje Izraelis pradėjo siūlyti ketvirtąsias dozes vyresnio amžiaus ir nusilpusio imuniteto žmonėms bei sveikatos priežiūros darbuotojams, tikėdamasis apsaugoti pažeidžiamas grupes nuo „omikron“ infekcijų bangos, sako Ranas Baliceris, visuomenės sveikatos gydytojas iš Clalit sveikatos instituto Tel Avive.  

 

Šią savaitę preliminarūs Izraelio duomenys atskleidė, kad ketvirtoji dozė sumažina infekcijos ir sunkių ligų riziką.

 

    Tačiau mokslininkai ginčijasi, ar užteks trečios dozės, kad daugumai žmonių atsirastų ilgalaikis imunitetas prieš „omikron“ ir atsirandančius jo variantus, ar reikės ketvirtos dozės ar net įprastų stiprintuvų, kaip ir nuo gripo.

 

    Kai kurie mokslininkai teigia, kad atsakymas priklauso nuo norimo poveikio – ar stiprintuvai skirti užkirsti kelią infekcijoms ir sulėtinti viruso plitimą, ar siekiama sumažinti sunkias ligas ir neleisti žmonėms perpildyti ligonines. Kiti nurodo įrodymus, kad papildomos dozės gali pakankamai išplėsti imuninį atsaką, kad būtų galima atpažinti naujus variantus. Dauguma sutinka, kad mums reikia naujų vakcinų, kurios suteiktų platesnę apsaugą nuo būsimų variantų.

 

    Stiprintuvų apribojimai

 

    „Omikron“ pakeitė mąstymą apie stiprintuvus, sako Alejandro Balazs, imunologas iš Ragon instituto Kembridže, Masačusetso valstijoje. Taip yra todėl, kad susidūrę su variantu, žmonės, kurie anksčiau buvo laikomi visiškai paskiepytais, dabar turi „antikūnų atsaką, kurio nepakanka infekcijoms išvengti“, sako jis.

 

    Išplitus Omicron protrūkiams, stiprintuvai buvo naudojami, siekiant padidinti neutralizuojančių antikūnų kiekį, pažaboti atvejus ir palengvinti ligoninių įtampą. Tačiau susirūpinimą kelia tai, kad stiprintuvai neužblokuoja infekcijų ilgam.

 

    Duomenys iš Izraelio, surinkti praėjusių metų birželio–lapkričio mėn., kai dominavo Delta, ir išsamūs internete prieš kolegų peržiūrą, rodo, kad imunitetas po trečio (mRNR stiprintuvo) skiepo susilpnėja per kelis mėnesius, o tai atspindi mažėjimą po dviejų dozių.

 

    Realūs Jungtinės Karalystės duomenys, surinkti 2021 m. pabaigoje, rodo, kad imunitetas nuo stiprintuvų gali sumažėti net greičiau prieš „omikron“, nei prieš delta. Tačiau kitas laboratorinis tyrimas, paskelbtas, kaip išankstinis spaudinys, kuris dar turi būti peržiūrėtas, rodo, kad neutralizuojantys antikūnai, kuriuos sukelia trečioji dozė, gali išlaikyti apsaugą nuo Omicron infekcijų iki keturių mėnesių.

 

    Kadangi apsauga nuo revakcinacijų gali būti trumpalaikė, nesibaigiančių dozių išleidimas – galbūt neskiepytų žmonių imunizavimo sąskaita mažas pajamas gaunančiose šalyse – nėra „gyvybinga ar pagrįsta“ ilgalaikė visuotinė strategija, sako Kanta Subbarao, virusologė Peterio Doherty infekcijų ir imuniteto institute Melburne, Australijoje.

 

    Sausio 11 d. paskelbtame pareiškime Pasaulio sveikatos organizacija perspėjo, kad „vakcinavimo strategija, pagrįsta pakartotinėmis pradinės vakcinos sudėties revakcinacinėmis dozėmis, greičiausiai nebus tinkama ar tvari“.

 

    Pakartotinės esamų vakcinų dozės taip pat tikriausiai duoda tik mažėjančią apsaugą nuo būsimų padermių, sako Milesas Davenportas, skaičiavimo imunologas iš Naujojo Pietų Velso universiteto Sidnėjuje, Australijoje. Naujos vakcinos, skirtos specifiniams variantams, greičiausiai bus daug veiksmingesnės, priduria jis.

 

    Ar keturios injekcijos padidina infekciją blokuojančių antikūnų kiekį daugiau, nei trečia dozė, dar reikia išsiaiškinti, sako Davenportas, tačiau tai neatgrasė šalių, įskaitant Čilę, Kambodžą, Daniją ir Švediją, pasiūlyti ketvirtąsias dozes konkrečioms grupėms.

 

    Tačiau iš Izraelio šią savaitę paskelbti preliminarūs duomenys apie vyresnius, nei 60 metų tyrimo dalyvius rodo, kad ketvirtoji dozė, praėjus mažiausiai keturiems mėnesiams po trečios injekcijos, atgaivina antikūnų kiekį, padvigubina atsparumą „omikron“ infekcijai ir tris kartus padidina apsaugą nuo hospitalizavimo, palyginti su tik trimis injekcijomis.

 

    Kiti tyrimai, kuriuose buvo nagrinėjamos skirtingos organizmo imuninio atsako dalys, rodo, kad trečia injekcija daugeliu atvejų jau gali užtikrinti ilgalaikį imunitetą. Apsauga nuo sunkių ligų atrodo patvaresnė ir, tikriausiai, yra besiremianti į atminties B ląsteles ir T ląsteles, kurios išlieka pajėgios kovoti su „omikron“, net ir mažėjant antikūnų apsaugai.

 

    Realūs Jungtinių Valstijų, Jungtinės Karalystės ir Izraelio duomenys rodo, kad trečia (stiprinamoji) mRNR vakcinos injekcija apsaugo daugumą žmonių nuo hospitalizavimo iki penkių mėnesių nuo Delta ir tris mėnesius ar ilgiau nuo „omikron“. Šis patvaresnis imunitetas „taip pat silpnėja, bet mažesniu mastu“, – sako Baliceris, o tai reiškia, kad gali pakakti trečios injekcijos, kad žmonės nesusirgtų kritiškai.

 

    Balazso vadovaujamas darbas taip pat rodo, kad trečioji mRNR vakcinos dozė (kuri dažniausiai naudojama Vakaruose) ne tik atkuria antikūnų lygį, bet ir potencialiai padidina atsaką į variantus. Po šio stiprintuvo „antikūnai iš tikrųjų dabar mato „omikron“, o anksčiau jo nematė“, – sako jis.

 

    „Tikimės, kad šio trečios injekcijos pakaks“, kad dauguma žmonių išvengtų sunkios ligos ir apsisaugotų nuo infekcijos, priduria Balazs. Tačiau kai kurie tyrimai rodo, kad žmonėms, kurie yra imunizuoti inaktyvuotomis virusinėmis vakcinomis, tokiomis, kaip Kinijos CoronaVac ir Sinopharm Jabs, kurios plačiai naudojamos vidutines ir mažas pajamas gaunančiose šalyse, gali prireikti dviejų papildomų mRNR vakcinos dozių, kad galėtų kovoti su „omikron“.

 

    Altmannas sako, kad dėl skirtingo natūralaus imuniteto nuo praeityje užsikrėtusių infekcijų lygio bendruomenėse visame pasaulyje ir žmonėms, turintiems daugybę vakcinų derinių, „gali tekti giliai įkvėpti ir iš naujo įvertinti, kurie metodai iš tikrųjų suteikia ilgalaikį imunitetą“.

 

    Geresnis sprendimas, nei nesibaigiantys stiprintuvai

 

    Baliceris teigia, kad užuot skyrus nesibaigiančias revakcinacijas, geresnis būdas sulėtinti pandemiją būtų sukurti naujas vakcinas, kurios „turėtų ilgesnį, ilgalaikį poveikį ir užtikrintų tinkamą apsaugą nuo kelių esamų ir atsirandančių padermių“.

 

    Pirmųjų duomenų apie specifines „omikron“ vakcinas tikimasi gauti per mėnesius, nors net ir tai gali būti per vėlu, atsižvelgiant į tai, kaip greitai variantas plinta. Pageidautina vakcina nuo pankoronaviruso, apimanti visas padermes ir susijusius virusus, tačiau „dar neaišku, ar tai bus įmanoma“, – sako ligų ekologas Marmas Kilpatrickas iš Kalifornijos Santa Kruzo universiteto. "Sprendžiant apie virusų evoliuciją, visada yra didelis netikrumas."

 

    Peteris McIntyre'as, infekcinių ligų specialistas iš Otago universiteto Dunedine (Naujoji Zelandija), teigia, kad tol, kol neturime naujų vakcinų, strategijose turėtų būti teikiama pirmenybė asmenų apsaugai nuo sunkių ligų, skatinant apsaugoti pažeidžiamas grupes ir naudoti antivirusinius vaistus, kad žmonės nepatektų į ligonines.

 

    „Turime labai tvirtai sutelkti dėmesį į apsaugą nuo sunkių ligų“, – sako jis. „Tai yra kriterijus, pagal kurį turėtume vertinti save.“ [1]

 

1. Nature 602, 17-18 (2022)

Three, four or more: what’s the magic number for booster shots?

"COVID vaccine boosters are proving a useful tool against Omicron, but scientists say that endless boosting might not be a practical or sustainable strategy.

Late last year, studies showed that third shots (boosters) of COVID vaccines were effective at providing a little extra protection from infection — particularly in the face of the Omicron variant. Some countries are now offering fourth doses, but scientists say that endless boosting might not be a viable strategy, nor is it how these vaccines were meant to be used.

“We’re in totally uncharted territory for vaccinology,” says Danny Altmann, an immunologist at Imperial College London. “We’ve stumbled into a de facto programme of frequent mRNA boosters as an emergency measure, but this really doesn’t feel like the way to go.”

Omicron is supercharging the COVID vaccine booster debate

In early January, Israel began offering fourth doses to older and immunocompromised people and to health-care workers, hoping to shield vulnerable groups from a wave of Omicron infections, says Ran Balicer, a public-health physician at the Clalit Health Institute in Tel Aviv. This week, preliminary data from Israel revealed that a fourth dose reduces the risk of infection and severe disease.

But researchers are debating whether a third dose will be enough to confer lasting immunity against Omicron and emerging variants in most people — or whether a fourth dose, or even regular boosters, will be needed, as they are for influenza.

Some researchers say that the answer depends on the desired effect — whether boosters are intended to prevent infections and slow transmission of the virus, or whether the goal is to reduce severe disease and keep people out of hospital. Others point to evidence that extra doses could broaden the immune response enough to recognize new variants. Most agree that we need new vaccines that offer wider protection against future variants.

Limitations of boosters

Omicron changed the thinking around boosters, says Alejandro Balazs, an immunologist at the Ragon Institute in Cambridge, Massachusetts. That’s because, faced with the variant, people previously regarded as fully vaccinated now have “an antibody response that is insufficient to prevent infections”, he says.

As Omicron outbreaks have spread, boosters have been used to ramp up levels of neutralizing antibodies, curbing cases and easing strain on hospitals1,2. But the concern is that boosters don’t block infections for long.

Data from Israel — collected between June and November last year when Delta was dominant — and detailed online ahead of peer review, indicate that the immunity from a third (mRNA booster) shot wanes within months, mirroring the decline after two doses3.

Real-world data from the United Kingdom, collected in late 2021, suggest that immunity from boosters might decrease even faster against Omicron than against Delta. However, another laboratory study, posted as a preprint which has yet to be peer reviewed, suggests that neutralizing antibodies elicited by a third dose could sustain protection against Omicron infections for up to four months4.

Because protection from boosters might be short-lived, rolling out endless doses — potentially at the expense of immunizing unvaccinated people in low-income nations — is not a “viable or reasonable” long-term global strategy, says Kanta Subbarao, a virologist at the Peter Doherty Institute for Infection and Immunity in Melbourne, Australia.

And, in a statement released on 11 January, the World Health Organization warned that “a vaccination strategy based on repeated booster doses of the original vaccine composition is unlikely to be appropriate or sustainable”.

Repeated booster doses of existing vaccines also probably offer only diminishing returns in terms of protection against future strains, says Miles Davenport, a computational immunologist at the University of New South Wales in Sydney, Australia. New vaccines that target specific variants are likely to be much more effective, he adds.

Whether four shots boost levels of infection-blocking antibodies any higher than a third dose remains to be seen, Davenport says, but that hasn’t deterred nations including Chile, Cambodia, Denmark and Sweden from offering fourth doses to specific groups.

The preliminary data released from Israel this week, on study participants aged over 60, does, however, suggest that a fourth dose, at least four months after a third shot, revives antibody levels, doubles resistance against Omicron infection and triples protection against hospitalizations, compared with only three shots.

Other studies, which looked at different parts of the body’s immune response, suggest that a third shot might already provide long-lasting immunity in most cases. Protection against severe illness seems more durable and is probably due to memory B cells and T cells, which remain capable of battling Omicron even as antibody defences decline5,6.

Real-world data from the United States, the United Kingdom and Israel show that a third (booster) shot of an mRNA vaccine protects most people against hospitalization for up to five months against Delta — and for three months or more against Omicron7,8,9. This more durable immunity “also wanes, but to a lesser extent”, says Balicer, meaning that a third shot might be enough to prevent people getting critically ill.

Work led by Balazs further suggests that a third dose of an mRNA vaccine (which are used largely in the West) not only restores antibody levels but also potentially broadens responses to variants10. After that booster, “the antibodies actually see Omicron now, where they effectively didn’t see it before”, he says.

“Hopefully, this third shot is enough” for most people to prevent severe disease and offer some protection against infection, Balazs adds. But some studies suggest that people who are immunized with inactivated-virus vaccines — such as China’s CoronaVac and Sinopharm jabs, which are widely used in middle- and low-income nations — might need two additional doses of an mRNA vaccine to combat Omicron.

Altmann says that, with differing levels of natural immunity from past infections in communities worldwide, and with people having had many combinations of vaccines, “we may need to take a deep breath and re-evaluate which approaches really give the most enduring immunity when overlaid on what we have so far”.

Better solution than endless boosters

Rather than administering endless booster shots, says Balicer, a better way to slow the pandemic would be to develop new vaccines that “have a longer, enduring effect, and that allow adequate protection against multiple existing and emerging strains”.

The first data on Omicron-specific vaccines are expected within months — although even that might be too late given how quickly the variant spreads. A pan-coronavirus vaccine that covers all strains as well as related viruses would be preferable, but “whether this will be possible isn’t yet clear,” says disease ecologist Marm Kilpatrick at the University of California Santa Cruz. “There is always substantial uncertainty when dealing with viral evolution.”

Peter McIntyre, an infectious-disease specialist at the University of Otago in Dunedin, New Zealand, argues that, until we have new vaccines, strategies should prioritize protecting individuals against severe illness, boosting to shield vulnerable groups and using antivirals to keep people out of hospital.

“We need to keep our focus very firmly on protection against severe disease,” he says. “That is the yardstick we should be judging ourselves by.”" [1]

1. Nature 602, 17-18 (2022)

Ilgėjant gyvenimo trukmei, darbo laikas, būnant sveikiems, ilgėja žymiai mažiau

 „Atotrūkis tarp vidutinės gyvenimo trukmės ir žmonių, sveikų ir dirbančių, metų skaičiaus didėja, o tai gali turėti rimtų pasekmių pensininkams.

 

    Kai kurios Europos šalys planuoja didinti pensinį amžių dėl numatomo gyvenimo trukmės ilgėjimo. Tačiau Anglijoje atlikti tyrimai prognozuoja, kad ateinančiais dešimtmečiais žmonės prailgins gyvenimo metus daug greičiau, nei prailgins gyvenimo metus, būnant sveikais ir dirbančiais.

 

    Marty Lynch iš Keele universiteto, JK, ir jos kolegos siekė įvertinti būsimus gyvenimo trukmės ir sveiko darbo laikotarpio pokyčius – laikotarpį, kurį asmenys praleidžia, dirbdami apmokamą darbą ir neturėdami sveikatos sąlygų, kurios riboja jų veiklą. Siekdama numatyti abiejų tendencijas, komanda ištyrė duomenis apie mirtingumą, sveikatą ir darbą, surinktus iš 50–75 metų amžiaus žmonių Anglijoje 1996–2014 m.

 

    Tyrėjai prognozuoja, kad nuo 2015 iki 2035 metų vyrų gyvenimo trukmė bus ilgesnė 3,37 metų laikotarpiu, bet prisidės tik 0,38 sveiko darbo metų. Numatoma, kad moterų gyvenimo trukmė pailgės 2,46 metų, įskaitant 1,08 sveiko darbo metų.

 

    Autoriai teigia, kad, didėjant pensiniam amžiui, reikia imtis priemonių, kad būtų panaikintas didėjantis pensinio amžiaus ir sveiko darbingo gyvenimo metų atotrūkis." [1]

1. Nature 602, 11 (2022

As lifespans grow, work time while healthy lags

"The gap between average life expectancy and the number of years people are healthy and on the job is widening, with potentially grave consequences for pensioners.

Several European countries plan to raise the pension age as a result of anticipated increases in life expectancy. But research in England predicts that in coming decades, people will gain years of life much faster than they will gain years of life when they’re healthy and in work.

Marty Lynch at Keele University, UK, and her colleagues sought to estimate future changes in life expectancy and healthy working lifetime — the period that individuals spend in paying jobs and without health conditions that limit their activities. To predict trends in both, the team examined data on mortality, health and work collected from people aged 50–75 in England between 1996 and 2014.

The researchers project that from 2015 to 2035, men will gain 3.37 years of lifespan, but only 0.38 healthy working years. In women, life expectancy is expected to rise by 2.46 years, including 1.08 healthy working years.

The authors say that as pension age climbs, measures should be taken to close the growing gap between pension age and years of healthy working life." [1]

1. Nature 602, 11 (2022)

Milijonai naujų mikrobų: lyja genais ir virusais

Metagenomika mūsų aplinką mato kaip neatrastų virusų ir mikrobų šaltinį: kaip Big Data biologai genetiškai iš naujo atranda pasaulį.

 

Johnas Dennehy ir jo kolegos iš biologijos skyriaus Kvinso miestelyje tiksliai nežino, kas per pastaruosius dvejus metus atsitiko Niujorko kanalizacijoje. Aišku viena: pandemija čia sukūrė daug naujų ir nežinomų dalykų. Nuotekose siautėjo naujos Sars-CoV-2 padermės, kurios dar nebuvo aprašytos. 2021 m. sausio–birželio mėn. Dennehy ir jo komanda kas dvi savaites ėmė mėginius. Po pirmosios niokojančios infekcijų bangos jie buvo išsiųsti po žeme, kaip forpostai. Dabar yra žinoma, kad pandeminio viruso, kuris prieš metus iš Uhano (Kinija) išplito į rytines ir vakarines JAV pakrantes, veidas jau seniai pasikeitė. Nauji variantai su keliolika mutacijų ir žymiai skirtingomis savybėmis – didesniu užkrečiamumu, greitesne replikacija – atsirado ir paplito įvairiose vietose: alfa, beta, gama, delta, epsilon, kappa. Pasaulis pastatė ausis, net virusologus nustebino stulbinantis koronaviruso evoliucinis „variklis“, gebėjimas keistis.

 

Dennehy ir jo kolegoms ko nors neįprasto toli ieškoti nereikėjo. Nuotekų mėginiuose jie naudojo savo molekulinius filtrus, kad išgautų daugybę genų fragmentų, kurie aiškiai galėjo būti priskirti RNR virusui, pirmą kartą aprašytam Uhane, o vėliau - ir ne. Nors po to, kai buvo atlikta vis daugiau sekų analizės, Niujorko Covid klinikų pacientams tapo žinoma daug mutacijų, liko likučių, kuriuos mokslininkai pavadino „paslaptingomis viruso linijomis“. Laboratoriniai tyrimai, skirti ištirti neįprastų genų sekų funkcijoms, parodė, kad koronavirusas pirmaisiais pandemijos metais akivaizdžiai labai išplėtė savo šeimininkų diapazoną: kai ant paviršiaus buvo modifikuoti smailių baltymai, jis galėjo ne tik užkrėsti žmogaus ląsteles, bet ir taip pat ir kitas ląstelių, įskaitant žiurkių ir pelių.

 

Be to, buvo aptiktos mutacijos, atsirandančios omikroniniame variante, kuris buvo aprašytas tik po daugelio mėnesių ir dabar yra dominuojantis. Laboratoriniai virusai, aprūpinti atitinkamomis paviršiaus molekulėmis – vadinamieji pseudovirusai – buvo atsparūs antikūnams. Nuotekų mėginiuose taip pat buvo rasta ir aprašyta daugybė visiškai paslaptingų genų fragmentų, kurių savybės dar neišaiškintos. Nesvarbu, ar jie kilę iš anksčiau nežinomo gyvūnų rezervuaro, ar iš COVID-19 pacientų, kurių virusai pateko per neišvengiamai neišsamų sekos nustatymo tinklelį – taip pat lieka neatsakyta, vertinant situaciją darbe, kurį Niujorko biologai dabar paskelbė žurnale „Nature Communications“.

 

Didžiulis vertingų duomenų burbulas

 

Vadinamoji metagenomika per daug gerai žino Kvinso biologų patirtį. Metagenomika yra skėtinis terminas, apibūdinantis labai specialius metodus, naudojamus tam tikros buveinės organizmų genetinei medžiagai iššifruoti – organizmų, kurie iš esmės nežinomi, nes jų negalima dauginti, kultivuoti ir ištirti laboratorijoje. Pasauliniai genomo tyrimai skrydžio metu, tarsi. Pastaruoju metu šie procesai, sukurti 1990-aisiais, vystėsi didžiuliu greičiu. Sukurti didžiuliai įrangos parkai ir genomo duomenų bazės, užprogramuoti identifikavimo programinės įrangos įrankiai. „Didžioji biologija“: panašiai kaip dideli AI tyrimų duomenys, tai beveik kasdien didėjantis išteklius. Duomenų burbulas, kuris auga, kaip tinklas tarp laboratorijų visame pasaulyje. Peeras Borkas iš Europos molekulinės biologijos laboratorijos (EMBL) Heidelberge yra vienas iš šios srities pionierių. Kai jis turi suformuluoti metagenomikos tikslą, jis niekada nėra smulkmeniškas.

 

Tikslas turėtų būti ne kas kita, kaip užfiksuoti kuo daugiau organizmų genų visame pasaulyje, taigi ir visos šiandieninės gyvybės žemėje molekulinį pagrindą. Tikrai planetinių proporcijų genų projektas. Gal tik utopija. Jei manote, kad žmogaus etaloninis genomas pagaliau buvo paskelbtas praėjusiais metais, t. y. be spragų, kurių nebuvo galima sekvenuoti, metagenomikos teiginys skamba šiek tiek utopiškiau. Ir vis dėlto šiuo metu jie skleidžia beveik neregėtą optimizmą. Jis išreiškiamas didžiuliais skaičiais su daugybe nulių.

 

Prieš kelias dienas tarptautinė kompiuterinių biologų komanda, įskaitant mokslininkus iš Heidelbergo ir Tiubingeno, „Nature“ paskelbė savo biologinių virusų duomenų bazės analizę su „Serratus“. Tai naujas, bendrai naudojamas duomenų debesis, kuriame iki šiol sekvenuota 5,7 mln. genų fragmentų iš viso pasaulio yra saugomi ir kuriuose naudojant specialias priemones galima ištirti genetinę informaciją, ar nėra biologinio viruso pėdsakų.

 

Per pastaruosius trylika metų susibūrė 10,2 petabazės virusų genetinės informacijos, kitaip tariant: vienas, po kurio seka penkiolika nulių – tiek daug genų statybinių blokų, surinktų visuose žemynuose ir vandenynuose, yra tai, ką Serratus turi omenyje.

 

 Per kelias dienas, kai lygiagrečiai dirbo daugiau, nei 20 000 kompiuterių procesorių, bioinformatikai šioje mišinyje aptiko ne mažiau, nei 131 957 naujus RNR virusus. Iki šiol buvo žinoma tik 15 000 RNR virusų ir tik nedaugelis galėjo būti auginami laboratorijose. Tarp naujų virusų iš genų bibliotekos yra mažiausiai devyni koronavirusai, kurie anksčiau nebuvo aprašyti.

 

Šimtai tūkstančių RNR virusų variantų

 

Tam tikru mastu trys trumpos geno dalys, atsakingos už nuo RNR priklausomos RNR polimerazės kūrimą, buvo kabliukai nežinomiems virusams. Tai fermentas, kurio paprastai reikia RNR virusams, kad jie galėtų reguliariai daugintis. Netgi ši esminė ir labai konservuota molekulė gali labai skirtis tarp itin universalių RNR virusų. Biologai nustatė šimtus tūkstančių variantų. Mažų hepatito delta virusų grupė, kuri iki 2018 m. buvo gana aprėpiama su 13 narių, vienu ypu buvo išplėsta, kaip manoma, daugiau nei trimis šimtais variantų. Tačiau daugelis šių metagenominių atradimų dar turi būti patvirtinti tolesnėmis laboratorinėmis analizėmis. Ir net jei tai pavyktų visiems šiems atradimams, virusų tyrinėtojai dar toli gražu neturi išsamių žinių apie pasaulinę „Viromą“ – pasaulinę virusų imperiją. Iki šiol mokslas tikriausiai išsamiau ištyrė šiek tiek daugiau, nei 0,001 procento žemiškų virusų.

 

Situacija nesiskiria su kitomis mažytėmis būtybėmis, į kurias Peeras Borkas ir daugelis jo metagenomikos kolegų žiūri visame pasaulyje: bakterijos. Netrukus po to, kai žmogaus genomas tapo viešai paskelbtas pirmoje grubioje versijoje, Borkas ir jo kolegos apkeliavo praktiškai visą pasaulį, kad nuskaitytų aplinką bakterijų genetinės medžiagos. Vėlesniais metais buvo analizuojama tūkstančių žmonių žarnyno flora, vis daugiau savanorių tiriami individualūs mikrobų pirštų atspaudai, siekiant išsiaiškinti, kaip jie kinta susirgus ar vartojant vaistus. Logistiniai ir skaitmeniniai mamutų projektai, kurie ne tik sprendžia labai praktinius medicininius klausimus, bet ir vis sparčiau skatina bendrą genetinį planetos vaizdą.

 

Biotechnologo Jaime Huerta-Cepas iš Madrido kartu su Borku ir mokslininkais nuo Berlyno iki Šanchajaus „bioRxiv“ naujame išankstiniame leidinyje bakterijų genų repertuaras staiga padaugėja. Tyrėjai nustatė beveik 400 milijonų genų penkiose didelėse metagenomų duomenų bazėse, apimančiose mikrobus iš 82 "buveinių" - nuo žmogaus žarnyno ir makšties iki jūros ir nuotekų mėginių. Žinoma, dauguma jų atspindi tūkstančius to paties geno variantų. Nepaisant to: genų atradimai anksčiau nekultyvuotose ​​bakterijose labai išplečia natūralų gamtos genų katalogą. 

 

Bet kuriuo atveju Borkas ir jo kolegos sukūrė savo kompiuterinę duomenų bazę, skirtą bakterijų genų įvairovei žemėje dokumentuoti: „Global Microbial Gene Catalog v1.0“.

 

Niekas nežino, kam galiausiai bus naudingi visi šie mega genų projektai, kurie pašaliniams visiškai nevaldomi. Viena idėja yra ta, kad, pavyzdžiui, galima stebėti antibiotikams atsparių bakterijų plitimą ir ankstyvoje stadijoje nustatyti probleminius mikrobus. Panašiai su virusais. Tačiau negalima tiksliai numatyti, ar mokslininkai kada nors turės galimybę panaudoti masinę seką, kad nustatytų ir net prognozuotų infekcinių variantų vystymąsi arba tuos, kurie ankstyvoje stadijoje gali pabėgti nuo imuninės sistemos. Bet kokiu atveju, metagenomikos kompiuteriniai įrankiai ir duomenų lobynai galėtų būti tinkami grėsmingiems signalams aplinkoje aptikti anksčiau."

 

Millions of new microbes: It's raining genes and viruses

"Metagenomics see our environment as a source of undiscovered viruses and germs: How Big Data biologists are genetically re-discovering the world.

 

John Dennehy and his colleagues from the biology department in the borough of Queens don't know exactly what has happened in the New York sewers over the past two years. One thing is clear: the pandemic has produced a lot of new and unknown things here. New Sars-CoV-2 strains that had not yet been described were romping about in the wastewater. Between January and June 2021, Dennehy and his team took samples every two weeks. They had been sent underground as outposts after the first, devastating wave of infections. It was now known that the face of the pandemic virus, which had spread from Wuhan, China, to the east and west coasts of the United States the year before, had long since changed. New variants with a dozen mutations and significantly different properties—higher infectivity, faster replication—had arisen and spread in different places: alpha, beta, gamma, delta, epsilon, kappa. The world had pricked up its ears, even the virologists were surprised by the astonishing evolutionary "drive", the ability to change, of the corona virus.

 

Dennehy and his colleagues didn't have to look far for anything unusual either. In the wastewater samples, they used their molecular filters to fish out countless gene snippets that could clearly be assigned to the RNA virus first described in Wuhan and then again not. Although many mutations had become known in patients in the New York Covid clinics after the sequence analyzes that had been carried out more and more in the meantime, there remained a residue that the researchers called "cryptic virus lines". Laboratory tests designed to examine the function of the unusual gene sequences showed that the coronavirus had obviously greatly expanded its host range in the first year of the pandemic: With the modified spike proteins on the surface, it could not only infect cells from humans, but also other cells of rats and mice.

 

In addition, mutations were discovered that occur in the omicron variant, which was only described many months later and is now dominant. Laboratory viruses equipped with the appropriate surface molecules – so-called pseudoviruses – were resistant to antibodies. A large number of completely mysterious gene snippets whose properties have not yet been clarified were also found and described in the wastewater samples. Whether they come from a previously unknown animal reservoir or from Covid-19 patients whose viruses had fallen through the inevitably incomplete sequencing grid - it also remains unanswered in the evaluation that the New York biologists have now published in the journal "Nature Communications”.

 

A huge, valuable data bubble

 

So-called metagenomics are only too familiar with the experiences of the biologists from Queens. Metagenomics is the umbrella term for very special techniques used to decode the genetic material of organisms from a specific habitat - of organisms that are largely unknown because they cannot be reproduced, cultivated and examined in the laboratory. Global genome surveys on the fly, sort of. Recently, these processes, which were created in the 1990s, have developed at breakneck speed. Huge equipment parks and genome databases have been set up and software tools have been programmed for identification. "Big Biology": Similar to Big Data in AI research, this is a resource that is growing almost daily. A data bubble that grows as a network between laboratories around the world. Peer Bork from the European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg is one of the pioneers in this field. When he has to formulate the goal of metagenomics, he is never petty.

 

The aim should be nothing less than the recording of as many organismic genes as possible worldwide - and thus the recording of the molecular basis of all life on earth today. A gene project of truly planetary proportions. Maybe just a utopia. If you consider that the human reference genome was finally published only last year, i.e. without gaps that could not be sequenced, the claim of the metagenomics sounds a little more utopian. And yet they are currently spreading an almost unprecedented optimism. It is expressed in huge numbers with lots of zeros.

 

A few days ago, an international team of computer biologists, including scientists from Heidelberg and Tübingen, published their database analyzes with "Serratus" in "Nature". This is a new, shared data cloud in which 5.7 million sequenced gene snippets from all over the world have been sequenced so far are stored and in which the genetic information can be examined for virus traces using special tools.  Serratus is an Open Science project to uncover the planetary virome, freely and openly.

 

10.2 petabases of genetic information have come together in the last thirteen years, in other words: a one followed by fifteen zeros - that's how many gene building blocks, collected on all continents and in oceans, are what Serratus has in mind. 

 

Within a few days and with more than 20,000 computer processors working in parallel, the bioinformaticians discovered no fewer than 131,957 new RNA viruses in this mess. So far, only 15,000 RNA viruses were known and very few could be cultivated in laboratories. Among the new viruses from the gene library are at least nine corona viruses that have not been described before.

 

Hundreds of thousands of variations of RNA viruses

 

To a certain extent, three short sections of the gene responsible for building the RNA-dependent RNA polymerase served as fishing hooks for the unknown RNA viruses. It is the enzyme that RNA viruses usually need in order to multiply regularly. Even this essential and highly conserved molecule can differ significantly among the extremely versatile RNA viruses. Hundreds of thousands of variations have been identified by biologists. The group of small hepatitis delta viruses, which was relatively manageable with 13 members up to 2018, was expanded in one fell swoop by what is believed to be more than three hundred variants. However, many of these metagenomic discoveries have yet to be confirmed by further laboratory analysis. And even if that were to succeed for all of these discoveries, the virus researchers are still far from having exhaustive knowledge of the global “Virom” – the world empire of viruses. 

 

So far, science has probably studied little more than 0.001 percent of earthly viruses in more detail.

 

The situation is not much different with the tiny creatures that Peer Bork and many of his metagenomics colleagues have their eyes on worldwide: the bacteria. Shortly after the human genome became public in its first rough version, Bork and his colleagues traveled practically all over the world to scan the environment for bacterial genetic material. In the years that followed, the intestinal flora of thousands of people was analyzed, and the individual microbial fingerprints of more and more volunteers were examined to see how they changed in the event of illness or under the influence of medication. Logistical and digital mammoth projects, all of which not only deal with very practical medical questions, but also advance the overall genetic view of the planet ever faster.

 

In a new preprint published in “bioRxiv” by the biotechnologist Jaime Huerta-Cepas from Madrid together with Bork and scientists from Berlin to Shanghai, the gene repertoire in bacteria is suddenly multiplied. The researchers have identified nearly 400 million genes in five large metagenome databases covering germs from 82 “habitats” – from the human gut and vagina to marine and sewage samples. Of course, most of these merely reflect thousands of variations on the same gene. Nevertheless: The gene discoveries in the previously uncultivable bacteria greatly expand nature's natural catalog of genes. 

 

In any case, Bork and his colleagues have created their own computer database for the updating of bacterial gene diversity on earth: "Global Microbial Gene Catalog v1.0".

 

No one knows what all these mega gene projects, which are completely unmanageable for laypeople, will ultimately be good for. One idea is that, for example, the spread of antibiotic-resistant bacteria can be tracked and problematic germs can be identified at an early stage. Similar to the viruses. However, it cannot be predicted with certainty whether the scientists will ever actually get the chance to use mass sequencing to identify and even predict the development of infectious variants or those with the potential to escape the immune system at an early stage. In any case, the computer tools and data treasures of metagenomics could be suitable for discovering threatening signals in the environment earlier."