Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Выращивание бактерий или вирусов в итерациях
Growing bacteria or viruses in iterations
Серийный пассаж – это процесс последовательного выращивания бактерий или вирусов в итерациях. Например, вирус может быть выращен в одной среде, после чего часть этой вирусной популяции переносится в новую среду. Этот процесс повторяется необходимое количество раз, а затем изучается конечный продукт, часто в сравнении с исходным вирусом. Такой способ передачи обычно проводится в лабораторных условиях, поскольку представляет научный интерес наблюдать за эволюцией вируса или бактерии в ходе эксперимента. В частности, серийный пассаж может быть весьма полезен в исследованиях, направленных на изменение вирулентности вируса или другого патогена. Одним из следствий этого является то, что серийный пассаж может применяться при создании вакцин, поскольку ученые могут использовать его для получения штамма патогена с низкой вирулентностью, но сопоставимой иммуногенностью с исходным штаммом. Также это может привести к созданию штаммов с повышенной трансмиссивностью и пониженной вирулентностью, что было продемонстрировано на примере пассажа A/H5N1 у хорьков.
Serial passage is the process of growing bacteria or a virus in iterations. For instance, a virus may be grown in one environment, and then a portion of that virus population can be removed and put into a new environment. This process is repeated with as many stages as desired, and then the final product is studied, often in comparison with the original virus. This sort of facilitated transmission is often conducted in a laboratory setting, because it is of scientific interest to observe how the virus or bacterium that is being passed evolves over the course of the experiment. In particular, serial passage can be quite useful in studies that seek to alter the virulence of a virus or other pathogen. One consequence of this is that serial passage can be useful in creating vaccines, since scientists can apply serial passage and create a strain of a pathogen that has low virulence, yet has comparable immunogenicity to the original strain. This can also create strains that are more transmissible in addition to lower virulence, as demonstrated by A/H5N1 passage in ferrets.
Механизм
Серийный пассаж может быть выполнен in vitro или in vivo. При методе in vitro вирус или штамм бактерий изолируют и культивируют в течение определенного времени. После того как образец вырастет за это время, его часть переносят в новую среду и дают ему расти в течение того же периода. Этот процесс повторяют столько раз, сколько необходимо. Альтернативно, можно провести эксперимент in vivo, при котором животное инфицируют патогеном и дают ему время размножиться в этом хозяине, прежде чем отобрать образец патогена и передать его другому хозяину. Этот процесс повторяют для определенного числа хозяев, которое определяется конкретным экспериментом. При серийном пассаже, как in vitro, так и in vivo, вирус или бактерия могут эволюционировать, многократно мутируя. Выявление и изучение возникающих мутаций часто позволяет получить информацию об изучаемом вирусе или бактерии. Следовательно, после проведения серийного пассажа может быть полезно сравнить полученный вирус или образец бактерий с исходным, отметив любые произошедшие мутации и их совокупный эффект. Могут наблюдаться различные значимые результаты. Вирулентность вируса может измениться, или вирус может эволюционировать и адаптироваться к другой среде обитания, чем та, в которой он обычно встречается.
Serial passage can either be performed in vitro or in vivo. In the in vitro method, a virus or a strain of bacteria will be isolated and allowed to grow for a certain time. After the sample has grown for that time, part of it will be transferred to a new environment and allowed to grow for the same period. This process will be repeated as many times as desired. Alternatively, an in vivo experiment can be performed where an animal is infected with a pathogen, and this pathogen allowed time to grow in that host before a sample of it is removed from the host and passed to another host. This process is repeated for a certain number of hosts; the individual experiment determines this number. When serial passage is performed either in vitro or in vivo, the virus or bacterium may evolve by mutating repeatedly. Identifying and studying mutations that occur often reveals information about the virus or bacterium being studied. Accordingly, after serial passage has been performed it can be valuable to compare the resulting virus or sample of bacteria to the original, noting any mutations that have occurred and their collective effects. Various significant outcomes may occur. The virulence of the virus may be changed, or a virus could evolve to become adapted to a different host environment than that in which it is typically found.
История
Техника последовательных пассажей существует с 1800-х годов. В частности, работа Луи Пастера над вакциной против бешенства в конце 1800-х годов является примером этого метода. Пастер создал несколько вакцин на протяжении своей жизни. Его работы до исследований бешенства включали аттенуацию патогенов, но не посредством последовательных пассажей. В частности, Пастер работал с холерой и обнаружил, что длительное культивирование бактерий позволяет создать эффективную вакцину. Пастер полагал, что кислород играет особую роль в этом процессе, и именно поэтому ему удавалось ослаблять (создавать менее вирулентную версию) бактерий. Пастер также пытался применить этот метод для создания вакцины против сибирской язвы, однако с меньшим успехом. Для решения этой проблемы Пастер работал с вирусом бешенства in vivo. Однако, подобно тому, как вирус эволюционирует к аттенуации, он может реверсивно эволюционировать в организме хозяина, приводя к инфекции. Последовательные пассажи на бабуинах были использованы для создания штамма ВИЧ-2, особенно вирулентного для бабуинов. Типичные штаммы ВИЧ-2 медленно заражают бабуинов. SARS обычно не вызывает серьезных заболеваний у мышей, однако после последовательных пассажей вируса у мышей он стал летальным.
The technique of serial passage has been around since the 1800s. In particular, Louis Pasteur's work with the rabies vaccine in the late 1800s exemplifies this method. Pasteur created several vaccines over the course of his lifetime. His work prior to rabies involved attenuation of pathogens, but not through serial passage. In particular, Pasteur worked with cholera and found that if he cultured bacteria for long periods of time, he could create an effective vaccine. Pasteur thought that there was something special about oxygen and this was why he was able to attenuate (create a less virulent version of) the bacteria. Pasteur also tried to apply this method to create a vaccine for anthrax, although with less success. To solve this problem, Pasteur worked with the rabies virus in vivo. However, just as the virus evolved to become attenuated, it may reverse evolve in the host, leading to infection. used serial passage in baboons to create a strain of HIV 2 that is particularly virulent to baboons. Typical strains of HIV 2 only infect baboons slowly. SARS usually does not make mice particularly sick, however, after the virus had undergone serial passage in the mice, it had become lethal.
Грипп
Вирус H5N1 – особо опасный штамм гриппа. В настоящее время он способен заражать людей, но не передается от человека к человеку. Тем не менее, по всему миру известно более 600 случаев смерти людей, заразившихся вирусом H5N1 от животных. Подобным образом, исследователь Йосихиро Каваока обнаружил, что для обеспечения передачи вируса между хорьками требуется всего одна мутация. И исследования Фуше, и исследования Каваоки первоначально были засекречены из-за опасений, связанных с биотерроризмом. Позднее исследования были опубликованы, но продолжали вызывать споры. Серийное культивирование – это искусственная методика, используемая в лабораторных условиях, а не являющаяся естественным процессом. Следовательно, вероятность того, что вирус H5N1 действительно мутирует и станет заразным для людей, неизвестна; однако исследователь Дерек Смит разработал эволюционную модель, демонстрирующую такую возможность.
The H5N1 virus is a particularly lethal strain of influenza. Currently, it can infect humans, but it is not contagious between humans. Still, over 600 people worldwide are known to have died from animal transmitted H5N1 virus, Similarly, researcher Yoshihiro Kawaoka found that a single mutation is necessary to make the virus transmissible in ferrets. Both Fouchier's research and Kawaoka's research were initially censored, per implications for bioterrorism. The research was later published, but remained controversial. Serial passage is an artificial technique that is used in a laboratory setting, rather than a natural process. Accordingly, the likelihood that the H5N1 virus would actually mutate to become transmissible in humans is unknown; however, researcher Derek Smith created an evolutionary model to show that this is possible.
Понимание того, как вирусы перемещаются между видами
Другое применение серийного пассажа – изучение адаптации патогенов к новым видам. Вводя патоген в новый вид хозяина и проводя серийный пассаж, ученые могут наблюдать, как патоген адаптируется к новому хозяину, и выявлять мутации, обеспечивающие эту адаптацию.
Another use of serial passage is in understanding how pathogens adapt to new species. By introducing a pathogen into a new host species and performing serial passage, scientists can observe as the pathogen adapts to its new host and pinpoint the mutations that allow for this adaptation.