ViroScan-от на Џо Дериси решава медицински мистерии

Биохемичарот Џо Дериси зборува за вчудовидувачките нови начини за дијагностицирање на вируси ( и третирање на болестите кои ги предизвикуваат ) користејќи ДНК. Неговата работа може да ни помогне да ја разбереме маларијата, САРС-от, и птичјиот грип -- и 60 проценти од секојдневните вирусни инфекции кои минуваат недијагностицирани.

Како тоа, како можеме да ја истражуваме

флората на вирусите кои не опкружуваат и да и помогнеме на медицината ?

Како можеме да го претвориме нашето кумулативно знаење од вирусологијата во едноставна,

прирачна, единствена дијагностичка алатка?

Сакам да претворам се што знаеме во моментов за откривање вируси

и спектарот вируси кои постојат

во, да речеме, мал чип.

Кога почнавме да размислуваме за овој проект --

како би направиле единствена дијагностичка алатка

да бараме секакви патогени истовремено --

да речеме има некои проблеми со оваа идеја.

прво, вирусите се доста комплексни,

но тие исто така еволуираат многу брзо.

Ова е Picornavirus.

Picornavirus-ите -- се оние кои ги вклучуваат

настинката и полиото, ваквиот тип работи.

Ја гледате надворешната обвивка на вирусот,

и жолтата боја тука се деловите на вирусот

кои еволуираат многу, многу брзо,

а сините делови не еволуираат многу брзо.

Кога размислуваме да правиме пан вирусни реагенси,

обично деловите кои брзо еволуираат се проблем,

бидејќи како да откриеме нешто ако цело време се менува?

Но еволуцијата е баланс:

онаму каде има брза промена, имате и ултра-конзервација --

работи кои скоро не се менуваат.

и така го разгледавме ова малку повнимателно,

и ќе ви ги покажам овие податоци.

ова се работи кои може да ги направите на компјутер.

Земавме купче мали Picornavirus-и,

како настинката, полио итн.,

и ги разделивме во мали сегменти

и земете го овој прв пример, кој се вика Coxsackievirus,

и разделете го во мали прозорчиња.

и ги обоивме овие мали прозорчиња сино

ако друг вирус има исто така идентична секвенца од неговиот геном

со овој вирус.

Овие секвенци овде горе --

кои, патем, не ни содржат протеини --

се речиси апсолутно идентични со сите овие,

па така можам да ја користам секвенцата како маркер

да детектирам широк спектар на вируси,

без да морам да правам нешто индивудално.

Е сега, тука има поголем диверзитет:

туке работите еволуираат брзо.

Овде долу гледате поспора еволуција: помалку диверзитет.

Е сега, додека да стигнеме од овде до, да речеме,

акутен вирус на парализирање на пчели --

веројатно е лош ако сте пчела --

овој вирус нема речиси никаква сличност со Coxsackievirus,

но можам да ви гарантирам дека секвенците кои се најзачувани

кај вирусите од десната страна на екранот

се во идентични региони овдека.

Така може да ги опфатиме регионите на ултра-конзервација

низ еволуцијата -- како овие вируси еволуирале --

само со бирање на ДНК елементите или РНК елементите

во овие региони да ги претставиме на чипот како детекциски реагенси.

ОК, тоа го направивме но како ќе го изведеме ?

Па, долго време, уште од факултет,

се занимавав со правење ДНК чипови --

т.е., печатење ДНК на стакло.

И тоа е она што го гледате овде:

Овие мали точки се ДНК закачена на стакло,

и можам да ставам илјадници на нашиот стаклен чип

и да ги користам како реагенс за детекција.

го однесовме нашиот чип кај Hewlett-Packard

и ги користевме нивните атомски микроскопи на една од овие точки,

и ова може да се види:

Можете да ги видите нишките на ДНК како се исправени на стаклото.

Така, она што правиме е едноставно печатење на ДНК на стакло --

мали исправени линии -- и овие ќе бидат маркери за разни патогени(болести).

ОК, направив мали роботи во лабораторија за да ги правам чиповите,

но многу сакам да ја споделувам технологијата.

ако имате доволно пари да купите Тојота Камри,

Можете да направите и еден од овие,

и поставивме детален направи сам опис на интернет, бесплатно,

со во основа делови од продавница --

можете да си изградите ДНК печатар во вашата гаража.

Ова е најбитнот дел со познатото Стоп копче.

( Смеа )

Секоја битна машина мора да има вакво црвено копче.

Но, навистина е многу робусна.

Можете навистина да правите ДНК чипови во гаражата,

и да декодирате некој генетски програм многу брзо. Tоа е многу забавно.

(Смеа)

и така што направивме -- и ова е многу кул проект --

почнавме да правиме чип за респираторни вируси.

Зборував околу тоа --

знаете, ситуацијата кога одите на доктор

и не успеваат да ве дијагностицираат?

е па, ние во основа ги ставивме сите човечки респираторни вируси

на еден чип, и додадовме и херпес вирус --

мислам , зошто не?

Првото нешто што го правите како научник е,

мора да се погрижите работите да функционираат.

Така земавме разни култури на ќелии

и ги инфициравме со различни вируси,

и флуоресцентно ги обележавме во нуклеидната киселина,

генетскиот материја кој припаѓа на овие ткивни култури --

најповеќе вирусни работи -- и ги ставивме во на чипот да видиме каде ќе се задржат.

Сега, ако ДНК секвенцата одговара, тие ќе останат заедно,

а ние може да ги погледнеме точките.

и ако точките се осветлат, знаеме дека има некаков вирус тука.

Овака изгледа еден од овие чипови,

и овие црвени точки се всушност сигнал кој доаѓа од вирусот.

и секоја точка претставува различно семејство вируси

или видови на вируси.

и така, тоа е тежок начин на гледање на работите,

па ќе ги енкодирам работите , колку овој мал баркод,

групирани по семејства, за да може да ги видите резултатите на интуитивен начин.

Што направивме, земавме култури на ткиво

и ги инфициравме со adenovirus,

и може да ја видите жолтата баркод линија веднаш до adenovirus-от.

Истотака, го инфициравме со parainfluenza-3 --

тоа е парамуксиовирус -- и го гледате малиот баркод овде.

и тогаш го зедовме и респираторниот syncytial вирус.

ова е проблемот на амбулантите насекаде --

тоа е како мрсулавост, во основа...??????

(смеа)

Може да видите -- се гледа дека овој баркод е истата фамилија,

но се разликува од parainfluenza-3,

кој може многу да ве настине.

Така добиваме уникатен потпис, отпечаток за секој вирус.

Полио и Rhino: тие се истото семејство, многу се блиску еден до друг.¼

Rhino e обичната настинка, а сите знаете што е полио,

и може да видите дека двата потписи се различни.

и Капосиевиот, саркома поврзан херпес вирус

дава доста добар отпечаток.

И не е една лента или слично

која вели дека има вирус од одреден тип;

Тоа е баркод кој во главно ја преставува целата работа.

Ок, може да го видиме rhinovirus-от --

а ова е зголемен rhinovirus-овиот баркод --

но што со различните rhinovirus-и?

Како да знам кој rhinovirus го имам ?

Потојат 102 познати варијанти на обичната настинка,

а само толку се бидејќи на луѓето им здосадило да ги собираат:

има нови секоја година.

Така еве 4 различни rhinovirus-и,

и може да видите дури со голо око,

без некакви специјална компјутерска обработка

алгоритми за препознавање обрасци

дека може да ги разликувате баркодовите еден од друг.

Сега, ова е на некој начин евтин аргумент,

бидејќи ја знам генетската секвенца на сите овие rhinovirus-и ,

и всушност го дизајнирав чипот

кој експлицитно ќе може да ги разликува,

но што со rhinovirus-и кои никогаш не биле секвенцирани ?

Нив не им ја знаеме секвенцата, само ги лоциравме на терен.

Еве 4 rhinovirus-и

за кои никогаш ништо не сме знаеле --

никој не ги секвенцирал-- и може да видите исто така

дека добивате уникатни и различни карактеристики.

Можете да си претставите да изградите библиотека, било вистинска или виртуелна,

со отпечаток на секој вирус.

Но тоа е повторно, ловење риба во буре, нели?

Ги имате културите на ќелиите, има многу вируси.

Што со вистински луѓе?

Не можете да ги контролирате вистинските луѓе , како што знаете.

Немате поим што некој ќе искашла во чашата,

и веројатно ќе биде комплексно, нели ?

може да содржи многу бактерии, повеќе вируси,

и секако генетски материјал од човекот,

и како да се справиме со ова?

и како да примениме позитивна контрола овде ?

Па, доста е едноставно.

Ова сум јас , ми прават назално миење.

И идејата е , ајде експериментално да внесеме вирус во луѓе

за ние -- ова е се одобрено ,патем; им плативме на луѓето.

И во основа ние експериментално заразивме луѓе

со вирусот но обичната настинка.

Или, уште подобро, ајде да земеме луѓе од

итна помош --

со недефинирани, прибрани од средината респираторни инфекции.

Немате поим што се влегува низ тие врати.

Да почнеме прво со позитивната контрола,

каде знаеме дека личноста била здрава.

добиваат вирус во носот,

да видиме што ќе се случи.

Ден нула: ништо не се случува.

тие се здрави; -- тоа е вчудовидувачки.

Всушност, мислевме дека носната шуплина може да е полна вируси

дури и кога се шетате здрави.

Доста е чиста. Ако сте здрави, доста сте чисти.

Ден 2: Добиваме доста робусна rhinovirus-на карактеристика,

и е доста слична на она што го добивавме во лабораторијата

правејќи ги нашите експерименти на ткивните култури.

Тоа е супер, но повторно, евтин аргумент , нели?

Напикавме тон вирус во носот на човекот. така --

(Смеа)

-- мислам , сакавме да работи. Тој навистина имаше настинка.

Значи, што со луѓето што влегоа од улицата ?

еве две индивидуи претставени со нивните анонимни ID кодови.

Двајцата имаат rhinovirus-и; а ние никогаш не сме ја виделе оваа карактеристика во лабораторијата.

Ги секвенциравме деловите од нивните вируси;

тие се нови rhinovirus-и никој што досега не ги видел.

запомнете, нашите еволутивно-конзервирани секвенци

ги користиме на оваа сонда и ни помагаат да откриеме

дури и необични и неоткриени вируси,

затоа што бараме она што е конзервирано низ еволуцијата.

еве уште еден човек. овде можете сами да ја откриете дијагнозата.

Различните блокови ги претставуваат

различните вируси во парамиксовирус фамилијата,

па така можете да одите надолу по блоковите

и да видите каде е сигналот.

аха, значи нема canine distemper; што веројатно е добро.

(Смеа)

Но кога ќе стигнете до блок 9,

гледате дека има респираторен syncytial вирус.

можеби имаат деца. и тогаш исто така гледате,

на кое семејство припаѓа: RSVB се појавува овде.

тоа е одлично.

еве уште еден човек , испитан на два ралични дена --

повторна посета на клиниката.

Оваа личност има parainfluenza-1,

и може да ја забележите оваа мала лента овде

за Sendai вирус: тоа е глувчешка parainfluenza.♫

Генетските врски се многу блиски таму. Тоа е многу интересно.

Така го изградивме чипот.

Направивме чип кој го има секој познат вирус што досега сме го откриле.

зошто не? секој растителен вирус, секој инсектов вирус, секој морски вирус.

Се што можевме да добиеме од GenBank --

тоа е, националната база на секвенци.

Сега го користиме чипот. и за што го користиме ?

Најпрво, кога имате голем чип како овој,

ви треба малку повеќе информатика,

па дизајниравме систем за автоматска дијагноза.

и идејата е, да имаме виртуелни секвенци --

бидејќи никогаш нема да успееме да ги прибереме сите вируси;

тоа би било буквално невозможно. Но можеме да ги прибереме виртуелните каратеристики,

и да ги споредиме и со нашиот претходен резултат,

које е комплексна мешавина, и да дадеме некој вид на бодови

за колку нешто личи на rhinovirus или слично.

и еве како таа машина изгледа.

Ако, на пр., сте користеле култура на ќелии

која е хронично инфицирана од папилома,

добивате отчитување овде,

и нашиот алгоритам вели дека е најверојатно папилома тип 18.

и тоа Е , всушност, она со кое што овие култури на ќелии се

хронично инфицирани.

ајде да направиме нешто потешко.

да го ставиме автоматот во клиниката.

Кога некој ќе се појави, и болницата не знае што да прави

затоа што не можат да го дијагностицираат, ни се јавуваат нам.

Тоа е идејата, и ние ова го правиме во Заливската област.

Така, овој случај се појави пред 3 недели.

Имавме 28 годишна здрава жена, што не патувала,

(нејасно), не пуши, не пие.

10 дневна историја на треска, ноќно потење, крвава плунка --

искашлува крв -- болки во мускулите.

Отишла во клиниката, и тие и дале антибиотици, нели,

и ја пратиле дома.

таа се вратила после 10 дена трески, нели -- сеуште имала треска --

и сега е хипоксична -- нема доволно кислород во дробовите.

и направиле КТ снимка.

Нормално дробнокрило е целото темно и црно овде.

сета оваа бела материја -- не е на добро.

Оваа разгранета структура значи дека има воспаление;

многу веројатно има инфекција.

Ок. Тогаш пациентот е третиран

со трета генерација на цефалоспорин антибиотик, и доксицилин,

и на третиот ден, тоа не помогна, таа прогресираше во акутно откажување на дробовите.

мораа да ја интубираат, и ставија цевка во грлото

и почнаа механички да ја вентилираат.

веќе не можеше да дише самата.

Што да се прави следно? Не знам.

сменија антибиотици, па се префрлија на уште еден антибиотик,

и тамифлу, кое --

не е јасно зошто мислеле дека има грип --

ама се префрлиле на тамифлу.

и 6тиот ден, во основа докторите се откажале.

Правите биопсија на белодробно крило кога немате други опции.

има 8 процентна смртност само од процедурата.

и во основа -- и што научија од тоа ?

ја гледате нејзината биопсија.

Не сум патолог, ама не можете многу да заклучите од ова.

се што може да заклучите е дека има отекување: бронхиолитис.

недоволно јасно: тоа е извештајот од патологот.

и така, што ја тестирале ?

Имале нивни тестови , се разбира,

и ја тестирале на преку 70 видови серии,

за секоја бактерија и габа и вирусна серија

која можете да ја купите:

САРС, метапнеумовирус, ХИВ, РСВ -- сите овие.

и се беше негативно, преку 100,000 долари скапи тестови.

Мислам, отишле до максимум со оваа жена.

и на 8-иот ден во болницата, ни се јавија нам.

ни дадоа ендотрактен аспират --

знаете, малку течност од грлото,

од цевката што одеше долу -- тоа ни го дадоа.

го ставивме на чипот; и што гледаме? Па , видовме parainfluenza-4.

Што е поѓаволите parainfluenza-4?

Никој не тестира за parainfluenza-4. Никому не му е гајле за неа.

всушност , не е ни секвенцирана многу.

само мал дел е секвенциран.

Речиси нема епидемиолошки истражувања за неа.

Никоје не би ја ни разгледувал,

бидејќи никој не мислеше дека може да предизвика респираторно откажување.

А зошто е така ? поради незнаење. Нема податоци --

да подржат дали предизвикува сериозни или благи болести.

јасно , имаме случај на здрава жена која не може да се илечи.

Ок, тоа е еден случај.

Ќе ви кажам уште една работа во последните 2 минути.

која е необјавена -- ќе се објави утре --

и е интересен случај како може да го користите чипот

за да најдете нешто ново и да отворите нова врата.

Рак на простата. Не мора да ви дадам статистики

за рак на простата. Повеќето ги знете:

3-та водечка причина за смрт од рак во САД.

Многу ризични фактори,

но постои генетска предиспозиција за рак на простата.

за можеби 10 проценти од раковите на простата,

има луѓе кои имаат предиспозиции за тоа.

Првиот ген кој беше мапиран во вкупните студии

за овој, ран рак на простата, беше генот наречен RNASEL.

Што е тоа ? тоа е ензим за одбрана од вируси.

Па седиме и си размислуваме,

Зошто би ја имале луѓето оваа мутација,

дефект на вирусниот одбранбен систем, кој предизвикува рак на простата?

нема смисла -- освен можеби ако не е вирус.

и така ставивме тумори -- сега имаме над 100 тумори -- на нашиот чип.

и знаеме кој има RNASEL дефект и кој нема.

ви го покажувам сигналот од чипот овде,

и ви го покажувам блокот за ретровирусни олиго .

и она што ви го кажувам ове од сигналот е,

дека луѓето што имаат мутација на овој антивирусен одбранбен ензим,

и кои што имаат тумор, често имаат -- 40% од случаите --

карактеристика која открива нов ретровирус.

Ок, тоа е доста лудо. Што е тоа ?

така го клонираме целиот вирус.

Најпрво, ќе ви кажам една автоматизирана предикција ни кажа

дека е многу сличен со глувчешки вирус.

Но тоа не ни кажува многу,

па така всушност ја клониравме целата работа.

и вирусниот геном што ви го покажувам тука ?

тоа е класичен гама ретровирус, но е тотално нов;

никој не го видел до сега.

неговиот најблизок роднина е, всушност, од глувци,

и така може да го наречеме ксенотропски ретровирус,

бидејќи инфицира и други видови освен глувци.

и ова е филогенетско дрво

за да видиме како е поврзан со другите вируси.

и потоа го направивме на многу пациенти досега,

и може да речеме дека сите се независни инфекции.

Сите го имаат истиот вирус,

но доволно се ралични за да има причина да веруваме

дека се независно добиени.

дали е навистина во ткивото ? И ќе завршам со ова. Да.

земавме пресеци од биопсија на ткиво од тумор

и користевме материи за да го лоцираме вирусот,

и најдовме клетки каде постоеја вирусни честички.

овие луѓе навистина го имаат вирусот.

Дали овој вирус предизвикува рак на простата ?

Ништо што кажувам не имплицира последователност. Не знам.

Дали е врска со онкогенеза ? Не знам.

Дали е случај каде овие луѓе се поосетливи на вируси ?

Можеби. И може да нема врска со ракот.

Но тоа е вратата .

Имаме силна асоцијација меѓу присуството на овој вирус

и генетска мутација која е поврзана со рак.

Таму сме сега.

Така, се плашам, отвора повеќе прашања од одговори,

но тоа е она, знаете, во што е добра науката.

Сево ова е направено од луѓе во лабораторија;

Не можам да превземам заслуга за овие работи.

ова е соработка меѓу мене и Дон.

Ова е човекот кој го почна проектот во мојата лабораторија,

и ова е човекот кој ги работи опитите околу простатата.

Ви благодарам многу.