Мы вступаем в век открытия вирусов - эпоху, характеризующуюся экспоненциальным ростом биоразнообразия вирусов и обусловленную достижениями в области метагеномики и вычислительного анализа.
В экосистеме человека (или любого другого животного) существует больше видов вирусов, чем просто те, которые непосредственно инфицируют клетки животного. Вирусы могут инфицировать все организмы, составляющие микробиом, включая бактерии, грибы и одноклеточных паразитов. Таким образом, сложность возможных взаимодействий между хозяином, микробом и вирусами просто непостижима. Чтобы понять эту сеть взаимодействий, мы должны использовать вирусологию с вычислительной поддержкой как средство анализа и интерпретации миллионов доступных образцов, чтобы сделать выводы о том, как вирусы могут влиять на здоровье человека.
Открытие РНК-вирусов переживает революционный подъем в характеристике разнообразия вирусов. Из предсказанных вирусов, вирусы млекопитающих, как предполагается, обладают потенциалом заражения человека, из которых нам известно ∼160 РНК-вирусов. Ожидается, что эта группа неизвестных зоонозных вирусов будет вызывать большинство новых инфекционных заболеваний у людей, прецедентами чего стали испанский грипп 1918 года, СПИД, атипичная пневмония, лихорадка Эбола и совсем недавно COVID-19. Это подтверждает реальную и постоянную угрозу, которую представляют собой вирусные зоонозы для глобального здравоохранения.
Большинство установленных связей между заболеванием и его причинным РНК-вирусом поддаются редукционистскому исследованию. Однако очевидно, что мешающие переменные могут препятствовать установлению причинно-следственных связей: генетическая неоднородность вирусов, хронические инфекции, бессимптомное носительство, длительные латентные периоды и взаимодействие микробиома - все это усложняет связь между вирусом и заболеванием.
Непрямая, но причинно-следственная связь хорошо прослеживается на примере вируса Эпштейна-Барр (EBV) и рассеянного склероза. Связь между EBV и рассеянным склерозом уже давно была статистически обоснована, однако четкие доказательства причинно-следственной связи были получены лишь недавно, на фоне растущего понимания роли нейровоспаления в нейродегенерации. Таким образом, статистические и вычислительные выводы, хотя и не являются достаточным основанием для формализации причинно-следственных связей, позволяют радикально упростить пространство правдоподобных гипотез и тем самым ускорить время их подтверждения. Мы считаем, что, помимо обнаружения вирусов, вывод о влиянии вирусов, патологических и экологических, должен стать основной задачей зарождающейся области вычислительной вирусологии.
В данной работе, в результате компьютерного вирусного анализа массивов данных нейронов человека мы выявили новый нарнавирус Apocryptovirus odysseus, который, вероятно, инфицирует нейротропного паразита Toxoplasma gondii. Ранее было установлено, что несколько вирусов паразитических простейших являются триггерами врожденных реакций хозяина, и здесь мы представляем in silico доказательства того, что Apocryptovirus odysseus является вероятным провоспалительным фактором в клетках человека и мышей, инфицированных T. gondii.
T. gondii заражает миллиарды людей по всему миру, однако прогноз заболевания токсоплазмозом очень вариабелен, и такие вирусов паразитических простейших, как Apocryptovirus odysseu, могут функционировать как до сих пор не описанный фактор гипервирулентности. В ходе более широкого анализа более 7,6 млн образцов мы изучили филогенетически близкие к Apocryptovirus odysseu вирусы и обнаружили девятнадцать видов Apocryptovirus, все из которых были найдены в библиотеках, аннотированных как транскриптомы или метатранскриптомы позвоночных.
Хотя образцы, содержащие этот род нарнавирусов, получены от овец, коз, летучих мышей, кроликов, кур и голубей, присутствие вируса достоверно предсказывает совместное присутствие нуклеиновых кислот паразитических Apicomplexa, что подтверждает тот факт, что Apocryptovirus - это род вирусов, инфицирующих паразитов. Это вычислительное исследование, в котором мы быстро проанализировали миллионы массивов данных, из которых мы составили экологическую и филогенетически уточненную гипотезу. Мы предсказываем, что этот высокодивергентный РНК-вирус Apocryptovirus odysseus биологически является инфекцией T. gondii, и что он и другие подобные ему вирусы будут модулировать это заболевание, от которого страдают миллиарды людей по всему миру.
Сила компьютерной вирусологии заключается в ее способности анализировать огромные массивы данных и выявлять новые и неожиданные связи между вирусами и заболеваниями. Поскольку количество вновь открытых вирусов продолжает расти, анализ для разработки конкретных и основанных на доказательствах гипотез может помочь определить, на что следует направить ресурсоемкие биологические эксперименты. Apocryptovirus odysseus и нейровоспаление являются таким примером и служат демонстрацией необходимости и важности всесторонней характеристики РНК-вирома Земли.
