Опубликовано : Май 27, 2020

Анализ отдельных клеток и машинное обучение идентифицируют главную цель COVID-19

Одноклеточный анализ и машинное обучение определяют основную цель COVID-19
                Респираторный эпителий. Предоставлено: Blausen Medical.

Ученые из Йельской школы медицины (YSM) используют секвенирование одноклеточной РНК, чтобы узнать, как SARS-CoV-2 взаимодействует с клеткой-хозяином. Два старших автора Дэвид ван Дейк, доктор философии, доцент медицины в секции сердечно-сосудистой медицины и информатики, и Крейг Вилен, доктор медицины, доктор философии, доцент лаборатории медицины и иммунобиологии, использовали секвенирование одноклеточной РНК инфицированных эпителиальных клеток бронхов человека (HBECs) для определения того, как вирус заражает и изменяет здоровые клетки.
                                                                                       

В исследовании, опубликованном на сервере предварительной печати bioRxiv, авторы определили ресничные клетки в качестве основной мишени для инфекции SARS-CoV-2. Эпителий бронхов выступает в качестве защитного барьера от аллергенов и патогенов. Реснички удаляют слизь и другие частицы из дыхательных путей. Их результаты дают представление о том, как вирус вызывает заболевание.

Вилен и доктор наук Миа Альфаджаро, доктор философии, заразили HBEC в воздушно-жидкостном контакте с SARS-CoV-2. В течение трех дней они использовали секвенирование одноклеточной РНК для выявления признаков динамики инфекции, таких как количество инфицированных клеток по типам клеток и активация SARS-CoV-2 иммунного ответа в инфицированных клетках. Ван Дейк, который специализируется на технологиях с одной ячейкой, использовал передовые алгоритмы для разработки рабочих гипотез.

«Машинное обучение позволяет нам генерировать гипотезы. Это другой способ ведения науки. Мы используем как можно меньше гипотез. Измеряем все, что мы можем измерить, и алгоритмы представляют нам гипотезу», — сказал он.

Исследователи сотрудничали с Тамасом Хорватом, доктором философии и Кларой Сигети-Бак, чтобы использовать электронную микроскопию для изучения структурных основ вируса и клеток-мишеней. Эти наблюдения дают представление о взаимодействии хозяина с вирусом для измерения тропизма клеток SARS-CoV-2 или способности вируса инфицировать различные типы клеток, как это определено алгоритмами. Через три дня тысячи культивируемых клеток заразились. Авторы проанализировали данные от зараженных клеток вместе с соседними клетками-свидетелями. Они наблюдали, что ресничные клетки составляли 83% инфицированных клеток. Эти клетки были первым и основным источником инфекции на протяжении всего исследования. Вирус также нацелен на другие типы эпителиальных клеток, включая базальные и клубные клетки. Кубок, нейроэндокринные клетки, клетки пучка и ионоциты были менее подвержены заражению.

Анализ отдельных ячеек и машинное обучение идентифицируют основную цель COVID-19
                Культивируемые клетки эпителия бронхов человека (HBEC) анализировали через 1, 2 и 3 дня после заражения SARS-CoV-2. Кредит: Дэвид ван Дейк и Крейг Вилен

Генные сигнатуры выявили врожденный иммунный ответ, связанный с белком под названием интерлейкин 6 (IL-6). Анализ также показал сдвиг в полиаденилированных вирусных транскриптах. Наконец, (неинфицированные) клетки-наблюдатели также показали иммунный ответ, вероятно, из-за сигналов от инфицированных клеток. Используя десятки тысяч генов, алгоритмы определяют генетические различия между инфицированными и неинфицированными клетками.

На следующем этапе этого исследования Вилен и ван Дейк изучат степень тяжести SARS-CoV-2 по сравнению с другими типами коронавирусов и проведут тесты на животных моделях./p>

Spread the love

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *