В молекулярной генетике открытая рамка считывания (Open Reading Frame) — это та часть рамки считывания, которая обладает способностью к переводу.
Open Reading Frame — это непрерывный отрезок кодонов, который начинается со стартового кодона (обычно AUG) и заканчивается стоп-кодоном (обычно UAA, UAG или UGA).
Кодон ATG (AUG в терминах РНК) в Open Reading Frame (не обязательно первый) может указывать, где начинается перевод.
Сайт терминации транскрипции расположен после Open Reading Frame, за пределами стоп-кодона трансляции.
Если бы транскрипция прекратилась раньше стоп-кодона, то в процессе трансляции образовался бы неполный белок.
У эукариот гены с несколькими экзонами, интроны удаляются, а экзоны затем соединяются вместе после транскрипции, чтобы получить окончательную матричную РНК для трансляции белка. Таким образом , в контексте поиска генов определение Open Reading Frame start-stop применимо только к сплайсированным мРНК, а не к геномной ДНК, поскольку интроны могут содержать стоп-кодоны и/или вызывать сдвиги между кадрами считывания.
Альтернативное определение гласит, что ORF-это последовательность, длина которой делится на три и ограничена стоп-кодонами.
Это более общее определение также может быть полезно в контексте транскриптомики и/или метагеномики, где стартовый и/или стоп-кодон может отсутствовать в полученных последовательностях. Такой ОРФ соответствует частям гена, а не полному гену.
Поскольку ДНК интерпретируется в группах из трех нуклеотидов (кодонов), цепочка ДНК имеет три различных фрейма считывания. Двойная спираль молекулы ДНК имеет две антипараллельные нити; с двумя нитями, имеющими по три рамки чтения каждая, существует шесть возможных переводов кадров
Пример перевода из шести кадров. Нуклеотидная последовательность показана посередине с прямыми трансляциями вверху и обратными трансляциями внизу. Выделены две возможные открытые рамки считывания с последовательностями.
ORF Finder (Open Reading Frame Finder) — это инструмент графического анализа, который находит все открытые кадры чтения выбираемого минимального размера в последовательности пользователя или в последовательности, уже находящейся в базе данных.
Этот инструмент идентифицирует все открытые рамки считывания, используя стандартные или альтернативные генетические коды. Выведенная аминокислотная последовательность может быть сохранена в различных форматах и выполнена поиск по базе данных последовательностей с помощью базового инструмента поиска локального выравнивания на мозном сервере. ORF Finder полезен при подготовке полных и точных представлений последовательностей белков. Он поставляется в комплекте с программным обеспечением Sequin sequence submission software (sequence analyser).
ORF Investigator — это программа, которая не только дает информацию о кодирующих и некодирующих последовательностях, но и может выполнять попарное глобальное выравнивание последовательностей различных областей гена/ДНК.
Этот инструмент эффективно находит ORF для соответствующих аминокислотных последовательностей и преобразует их в их однобуквенный аминокислотный код, а также предоставляет их расположение в последовательности.
Попарное глобальное выравнивание между последовательностями делает удобным обнаружение различных мутаций, включая однонуклеотидный полиморфизм.
Алгоритмы Needleman–Wunsch используются для выравнивания генов. ORF Investigator написан на переносимом языке программирования Perlи поэтому доступен пользователям всех распространенных операционных систем.
Open Reading Frame Predictor это веб-сервер, предназначенный для идентификации белок-кодирующих областей в последовательностях, производных от expressed sequence tag (EST).
Для последовательностей запросов с попаданием в BLASTX программа предсказывает области кодирования на основе кадров считывания перевода, идентифицированных в линиях BLASTX, в противном случае она предсказывает наиболее вероятную область кодирования на основе собственных сигналов последовательностей запросов.
Выходные данные — это предсказанные пептидные последовательности в формате FASTA и строка определения, включающая идентификатор запроса, рамку считывания трансляции и позиции нуклеотидов, где начинается и заканчивается кодирующая область.
FASTA — это текстовый формат для нуклеотидных или полипептидных последовательностей, в котором нуклеотиды или аминокислоты обозначаются при помощи однобуквенных кодов.
OrfPredictor облегчает аннотацию EST-производных последовательностей, особенно для крупномасштабных EST-проектов.
Предиктор ORF использует комбинацию двух различных определений ORF, упомянутых выше. Он ищет отрезки, начинающиеся со стартового кодона и заканчивающиеся стоп-кодоном. В качестве дополнительного критерия он ищет стоп-кодон в 5′ — нетранслируемой области
ORFik-это R-пакет в биокондукторе для поиска открытых рамок считывания и использования технологий секвенирования следующего поколения для обоснования ORF
Несколько филогенетических деревьев, приведенных далее, явно указывают на направление работ в области микробиологии и иммунологии в части поиска пандемически потенциального вируса.
Работы бактериологических лабораторий проводятся в условиях направленной жесткой селекции.
Vero 6
Особую опасность представляет культура для выращивания биоматериалов Vero 6, изначальна разработанная для Военных программ США по исследованию ВИЧ (USMHRP или MHRP ). Программа была инициирована Конгрессом Соединенных Штатов в 1986 году в ответ на угрозу потери эффективности американских/союзнических войск из-за ВИЧ-инфекции.
Культура Vero — зеленая почка) — перевиваемая эпителиальная культура почки африканской зеленой мартышки (Chlorocebus sp.). Она широко используется для выделения вирусов, скрининга токсинов Е. coli и тестирования лекарственных препаратов.
Поскольку клетки этой культуры дефектны по синтезу интерферонов, ее можно использовать для культивирования генетически модифицированных вирусов, которые лишены генов, ответственных за подавление иммунного ответа хозяина.
Эпителиальные клетки, растущие на стенках сосуда, получают субстраты из питательной среды и секретируют метаболиты в произвольном направлении, что не соответствует физиологической норме в составе ткани.
При этом эпителиальные клетки нередко образуют монослой, по своей структуре приближающийся к естественному однослойному эпителию, и у них формируется четко выраженные базальная и апикальная поверхности.
Такие клеточные культуры называются поляризованными. При заражении поляризованных клеточных культур цикл размножения многих вирусов наиболее приближен к их циклу в организме цели.
Military HIV Research Program (USMHRP or MHRP)
Миссия MHRP заключается в разработке вакцины против ВИЧ-1, обеспечении профилактики, ухода и лечения, а также проведении значимых исследований ВИЧ/СПИДа для мирового сообщества через Чрезвычайный план президента по оказанию помощи в связи со СПИДом (PEPFAR). Он выполняется в Институте военных исследований Уолтера Рида (WRAIR) и в пяти международных исследовательских центрах в Африке и Азии.
Это Танзания, Кения, Нигерия, Уганда и Таиланд. MHRP сотрудничает с научно-исследовательским институтом медицинских наук Вооруженных Сил (AFRIMS) в Таиланде.
MHRP тесно сотрудничает с Фондом Генри М. Джексона для развития военной медицины (HJF), прежде всего в разработке вакцины против ВИЧ RV144 в Таиланде.
Основные направления разработки
Направления работ вирусной инженерии в 2016 году:
- Выход за рамки метагеномики, чтобы найти следующий пандемический вирус. [Proc Natl Acad Sci U S A. 2016];
- Инженерные коронавирусы для оценки эмерджентности и патогенного потенциала. [Тенденции Микробиол. 2016];
- Военные биоинженеры Walter Reed Army Institute of Research соединяют элементы HIV с элементами VSV-Genomes.
Направления принудительной эволюции вирусов подтверждаются :
- основными направлениями работ, проводимыми специалистами в области вирусной инженерии в период с 2016 по 2020 г;
- выходом исследователей в области иммунологии за рамки метагеномики с целью поиска следующих пандемических вирусов на основе бинарного взаимодействия;
- разработкой инженерных коронавирусов и псевдовирионов SARS-COV-2 S для оценки их эмерджентности и патогенного потенциала.
- принципами военно-биологических доктрин многих государств, заключавшимся в создании многочисленных новых боевых штаммов патогенов, которые еще не были известны «вероятному противнику». Военные биологи всех стран считают, что отличить наступательные работы по биологическому оружию от оборонительных невозможно.
- отсутствием отечественных гибридных моделей оценки последствий в условиях одновременного воздействия мешающих факторов в виде экономического кризиса, высокопатогенных белковых соединений и кибернетических атак;
- изменением климатических условий, оказывающих существенное влияние на возможности и маршруты миграции перелетных птиц.
- оценкой вероятности возникновения данной формы (данной последовательности нуклеотидов) молекул РНК и ДНК с точки зрения оценки достаточности процесса эволюции, путем выяснения того, достаточно ли прошедшего времени для достижения данной величины биологического прогресса;
- открытыми данными по эпидемиологии и клиническим характеристикам коронавирусов человека OC43, 229E, NL63 и HKU1;
- открытыми данные по изменениям характеристик крови, переболевших COVID-19 людей:
- совершенством методов проникновения SARS-CoV-2 в организм цели путем воздействия на ACE2 — Angiotensin Converting Enzyme 2 (или ангиотензин-превращающий фермент 2) ренин-ангиотензин-альдостероновой системы;
- кумулятивным и синергетическим характером воздействия SARS-COV-2 на клеточные мембраны биологической цели в виде 4 трансмембранных молекул: фурина, GRP78, басигина (CD147), сиаловых кислот;
- основными направлениями работ военных микробиологов по выходу за рамки метагеномики для поиска следующего пандемического вируса;
- открытыми данными о методах культивации на клетках Vero E6 химерных SARS-подобных COV (искусственно созданных гибридных коронавирусов на основе SARS С014, SARS С017, SARS С018, SARS С019, SARS С025, SARS С028, SARS 019, SARS CDC-2003011057 с разной степенью патогенности) в Институте инфекционных болезней Армии США;
- открытыми данными об одобрении американским Комитетом по исследованиям двойного назначения (Dual Use Research of Concern committee) работ по конструированию химерных мутантов – псевдовирионов — искусственно созданных коронавирусов;
- длительным финансированием исследований механизмов действия производных хиназолина VMA-10-18 как средства для лечения острых нарушений мозгового кровообращения;
- открытыми данными о направлении работ директора Ведущей лаборатории специальных патогенов и биобезопасности Уханьского института вирусологии Ши Дженли (Shi Zhengli), опубликованные на сайте Всемирного общества вирусологов
- длительным финансированием исследований механизмов ингибирования белка М-2 каналов в липидной мембране вируса путем угнетения высвобождения вирусного генома в клетках;
- длительным финансированием исследований механизмов ограничения вирусной нагрузки, создаваемой SARS-COv-2 противовирусными препаратами прямого действия (ПППД), блокирующими активность нейраминидазы вирусов гриппа серотипов «A» и «B»;
- длительным финансированием в течении ряда лет исследований механизмов усиления иммунных ответов за счет применения интерферонов человеческих рекомбинантных, препятствующих размножению вирусов неустановленного типа и стимулирующих активность иммунной системы в структуре предприятий оборонной промышленности типа Биопрепарат и длительным финансированием исследований механизмов исследований методов воздействия индукторов интерферонов (широкого спектра действия) препаратов, стимулирующих выработку собственного интерферона;
- грантовым финансированием исследований механизмов методов воздействия на способность к репликации SARS-CVOV-2 ингибиторов слияния и блокаторов цитокиновых штормов (исключающих перепроизводство интерлейкинов IL2 b IL3 в условиях искусственно ослабленного иммунитета) типа Zoniporide, Amodiaquine, Niclosamide, Apilimod, Arbidol, Clomiphene, Sertraline, Toremifene…
- биологическими различиями между гликопротеинами серотипов вируса везикулярного стоматита Индиана и Нью-Джерси в части идентификации аминокислотных остатков, модулирующих pH-зависимую инфекционность;
- данными о маршрутах весенней и осенней миграции диких уток и гусей и о водоемах, близ которых нельзя охотиться на уток и серых гусей: Волга, Дон, Кама, Ока, Урал, Шексна, Нева, Западная Двина, Северная Двина, Онега, Волхов, Ловать, Полисть, Шелонь, Вуокса, Свирь, Великая, Печора, Ветлуга, Ахтуба, Маныч, Кубань, Протока, Ея, Челбас, Бейчуг, Сосыка, Северский Донец, Хопер, Медведица, Самара, Бузулук, Иловля, Сал, Воронеж, Миус, Кума, Терек, Самур, Белая, Чусовая, Вятка, Клязьма, Цна, Мокша, Сура, Еурслан, Большой Иргиз, Молога, и на образованных ими водохранилищах, а также на озерах: Маныч-Гудило, Ладожское, Онежское, Чудско-Псковское, Ильмень, Чограй…
- материалами Стратегического Плана обеспечения готовности и реагирования Глобального научно-инновационного форума для мобилизации международных усилий в ответ на COVID-19 от 12 февраля 2020 г.