Laten we beginnen met de basis. Alle levende wezens hebben een genoom.
Genomen zijn gemaakt van DNA. Elk van uw cellen heeft een kopie van uw genoom. Je kunt het zien als een handleiding of receptenboek. Het genoom bevat alle instructies of "recepten" die je lichaam nodig heeft om te werken en eruit te zien zoals het doet.
Het menselijk genoom bestaat uit een reeks van 3 miljard DNA-basen van vier verschillende types. Elke basis kan worden vertegenwoordigd door een van de vier "letters" in het DNA-alfabet. Het grootste deel van uw DNA lijkt op dat van ieder ander mens. Maar kleine verschillen in de spelling of volgorde van die letters in duizenden genen in uw genoom verklaren voor een deel wat u uniek maakt.
Virussen hebben ook een genoom. Een virusgenoom kan bestaan uit DNA of een soortgelijke molecule, RNA genaamd. Vergeleken met uw genoom is een virusgenoom klein. Coronavirussen, zoals het virus dat COVID-19 veroorzaakt, hebben bijvoorbeeld een RNA-genoom dat ongeveer 30.000 letters lang is (dat is 100.000 keer kleiner dan het menselijk genoom). Het genoom van het influenza- of griepvirus is met ongeveer 13.500 RNA-letters nog korter.
Niet alle virussen maken mensen ziek. Maar het genoom van de virussen die dat wel doen, bevat alle instructies die nodig zijn om onze cellen te infecteren, meer kopieën van zichzelf te maken en zich te verspreiden. Kleine verschillen in die instructies kunnen ervoor zorgen dat verschillende virussen of verschillende varianten of stammen van hetzelfde virus er anders uitzien en zich anders gedragen. Wetenschappers kunnen veel leren over een virus door zijn genoom te bestuderen.
Wat is genoomsequentie van virussen?
De genoomsequentie van een virus is de sequentie of volgorde van basen of letters waaruit het genetisch materiaal van een virus bestaat, of het genoom. Als je zou opschrijven
van een bepaald coronavirus, zou dat een reeks van ongeveer 30.000 letters zijn. De sleutel is om ze in de juiste volgorde in een bepaald virus te krijgen.
In het geval van RNA gebruiken wetenschappers de letters A, C, G en U, die staan voor elk van de vier RNA-basen: adenine, cytosine, guanine en uracil. Hetzelfde geldt voor DNA, maar dan met een T voor thymine in plaats van uracil. Het proces dat wetenschappers gebruiken om de juiste volgorde van letters in een bepaald virusmonster te achterhalen heet genoomsequencing.
Wat vertelt de genoomsequentie van virussen ons?
Virussen en virus genomen veranderen voortdurend. De reden is dat cellen soms fouten maken.
Wanneer een viraal genoom in een geïnfecteerde cel wordt gekopieerd, komt er soms een "tikfout" door. Meestal maken die spelfouten niet veel uit. Maar soms kunnen ze het uiterlijk of het gedrag van een virus veranderen op een manier die belangrijk blijkt te zijn. Niemand weet waar het virus dat COVID-19 veroorzaakt precies vandaan komt. Maar waarschijnlijk is het ontstaan uit een coronavirus in een ander dier, zoals een vleermuis, dat per ongeluk zo veranderde dat het mensen kon besmetten.
Door genoomsequentiebepaling hebben wetenschappers dit nieuwe menselijke coronavirus gevonden, kort nadat het bij mensen was opgedoken. Eerst wisten ze dat mensen in China plotseling ziek werden met ademhalingssymptomen. Dus namen de wetenschappers het genoom over van een virusmonster van iemand die werkte op een markt waar ze dachten dat het virus vandaan kwam. Door de RNA-sequentie te vergelijken met andere virale genoomsequenties uit eerdere studies, konden ze meteen zien dat het om een coronavirus ging dat ze nog niet eerder bij mensen hadden gezien.
Hoewel het een nieuw virus was, wisten ze op basis van het genoom meteen veel over het virus. Dat komt omdat wetenschappers verwante coronavirussen hadden bestudeerd die eerdere uitbraken bij mensen hadden veroorzaakt. Uit die studies kenden ze enkele belangrijke delen van het coronavirusgenoom, waaronder het gen dat codeert voor wat wetenschappers het spike-eiwit noemen.
Ze wisten dat de spike belangrijk is voor het virus om onze cellen te infecteren. Ze wisten ook dat het een nuttig doelwit zou kunnen zijn voor vaccins of andere behandelingen. Ze wisten dit allemaal snel nadat ze het coronavirus hadden ontdekt, omdat ze het genoom ervan konden sequencen en vergelijken met andere virale genomen.
Genoomsequentie kan dus veel nuttige dingen aan het licht brengen.
Het kan een nieuw virus identificeren of vertellen welk soort virus iemand ziek maakt. Het kan wetenschappers ideeën geven over hoe een virus ons ziek kan maken op basis van zijn genen en de eiwitten die ze coderen, samen met manieren om te proberen het te stoppen. Wanneer een virus zich over de hele wereld van mens tot mens verspreidt, kunnen wetenschappers genoomsequenties gebruiken om de bewegingen en veranderingen te volgen.
Wat is het doel van genoomsequenties van virussen voor COVID-19 en de griep?
Wetenschappers volgen al tientallen jaren griepvirussen. Ze gebruiken ze om de virussen van nu te vergelijken met die van vroeger. Op basis van de genoomsequenties zoeken ze naar belangrijke verschillen in de manier waarop bepaalde genen zijn gespeld. Sommige veranderingen maken weinig verschil. Maar andere beïnvloeden hoe gemakkelijk een virus zich van persoon tot persoon verspreidt of hoe ziek het mensen maakt.
Elk jaar gebruiken wetenschappers de sequenties van het griepgenoom om hen te helpen beslissen wat ze in de griepvaccins opnemen. Omdat deze virussen al zo lang bestaan en voortdurend veranderen, kun je zelfs in monsters van één persoon met griep licht verschillende versies vinden. In een normaal jaar sequentiëren wetenschappers duizenden griepvirussen om hen op de hoogte te houden en hen te helpen bij het nemen van volksgezondheidsbeslissingen.
Bij de COVID-19 pandemie is genoomsequentie belangrijk geweest. Aan de hand van genoomsequenties kunnen wetenschappers nagaan hoe het coronavirus zich verspreidt en hoe het verandert. Zij kunnen genoomsequenties ook bestuderen om na te gaan welke veranderingen de moeite waard zijn om zich zorgen over te maken en welke waarschijnlijk niet.
In een studie in Boston werden bijvoorbeeld ongeveer 800 virale genomen gebruikt om te zien hoe het coronavirus zich daar al vroeg verspreidde. Aan de hand van kleine veranderingen in de genomen kon men zien dat het coronavirus tientallen keren in de omgeving van Boston terecht was gekomen, vanuit Europa en delen van de VS.
Wetenschappers blijven het coronavirus dat COVID-19 veroorzaakt sequentiëren om te begrijpen hoe het zich beweegt en nieuwe varianten op te vangen wanneer deze ontstaan. Dit proces wordt genomic surveillance genoemd.
Genomic surveillance omvat het sequencen van veel monsters. Het brengt nieuwe varianten aan het licht, of virale genomen die een of meer mutaties bevatten.
Sommige varianten die opduiken verdwijnen gewoon of maken geen verschil. Wanneer veranderingen in het genoom zorgwekkend lijken, classificeren wetenschappers die als "interessante variant" of "zorgwekkende variant". U bent waarschijnlijk bekend met coronavirusvarianten zoals Delta of Omicron.
Een van de redenen waarom wetenschappers zich al vroeg zorgen maakten over Omicron is dat de variant ongeveer 50 typefouten of mutaties in het genoom heeft. Veel van die mutaties zitten ook in het spike-eiwit, het deel van het virus dat vaccins en ons immuunsysteem gebruiken om het aan te vallen.
Door deze veranderingen verspreidt Omicron zich sneller dan het oorspronkelijke coronavirus dat COVID-19 veroorzaakt. Wetenschappers verwachten dat er steeds nieuwe varianten zullen opduiken. Door de sequentie van het genoom en de bewaking voort te zetten, kunnen zij proberen het virus voor te blijven. Wetenschappers kunnen genoomsequencing gebruiken om elk virus waarin ze geïnteresseerd zijn te identificeren en op te sporen.
Hoe wordt genoomsequencing van virussen uitgevoerd?
Genoomsequencing is nu veel gemakkelijker en goedkoper dan vroeger. Virale genomen zijn ook gemakkelijker te sequencen dan een menselijk genoom vanwege hun kleine omvang. Dit zijn de belangrijkste stappen:
Extractie
. Wetenschappers halen het RNA of DNA uit een monster waar virus in zit.
Monstervoorbereiding
. Wetenschappers bereiden het monster voor. Ze moeten bijvoorbeeld het RNA of DNA in kleinere stukjes hakken of bepaalde fragmenten aan de uiteinden toevoegen. De specifieke stappen hangen af van het type machine dat wetenschappers gebruiken.
Sequencing
. Wetenschappers stoppen het monster in een sequencing machine. De machine leest signalen die hen de volgorde van de basen of letters in het DNA of RNA vertellen.
Analyse
. De machines zullen eindigen met veel letterreeksen die niet het hele genoom beslaan. Ze zullen computers gebruiken om dit alles samen te voegen tot een volledige genoomsequentie en eventuele verschillen in de nieuwe sequentie ten opzichte van andere te identificeren.
