Усиление функций вирусных патогенов – как это делается за рубежом в рамках технологий синтетической биологии

Основные моменты

- Современный уровень синтетической биологии позволяет создавать вирусы с дополнительными функциями (Gain-of-function, GOF), способные вызывать инфекционные процессы у людей, животных и растений.

- Инфекционный процесс, вызванный вирусом с GOF, может развиваться с нетипичными симптомами и поражениями внутренних органов, что затрудняет своевременную диагностику и снижает эффективность лечения. - Конвенционных механизмов, блокирующих создание и распространение синтетических патогенов, не существует.

- Цифровизация синтетической биологии позволяет передавать патогены в любую точку мира в виде цифровых данных и воссоздавать их в условиях in vitro.

Актуальность. Технологии синтетической биологии, включая редактирование генома, доступны даже небольшим лабораториям и бесконтрольно используются для модификации вирусных патогенов, поражающих человека, животных и растения.

Цель исследования – показать, как за рубежом в рамках технологий синтетической биологии могут создаваться вирусы с GOF и их потенциальное поражающее действие.

Источниковая база исследования. Англоязычные публикации из базы PubMed.

Метод исследования. Аналитический. Применялись рекомендации PRISMA.

Результаты. Конструирование синтетических вирусов осуществляется преимущественно двумя методами: cборка по Гибсону (Gibson assembly); и рекомбинация, ассоциированная с трансформацией (Transformation-Associated Recombination, TAR), включая TAR-клонирование в дрожжах Saccharomyces cerevisiae. Вирусные геномы собираются из олигонуклеотидных фрагментов, в которые предварительно вносятся целевые модификации. Данный подход позволяет получать синтетические вирусы с GOF. В ходе исследования были идентифицированы молекулярные маркеры, позволяющие отличать синтетические вирусы от природных штаммов.

Заключение. Современные достижения синтетической биологии создают новую реальность – возможность ведения биологической войны, в которой будет невозможно распознать сам ее факт; тех, кто ее ведет; и какими поражающими средствами. Сложившаяся ситуация формирует принципиально новую парадигму биологических угроз в сферах медицины, ветеринарии и агрокультуры, что требует разработки международных механизмов управления возникающими рисками.

1. Schindler D. Genetic Engineering and Synthetic Genomics in Yeast to Understand Life and Boost Biotechnology. Bioengineering (Basel). 2020;7(4):137. https://doi.org/10.3390/bioengineering7040137

2. Wu Y, Gao S, Liu G, Wang M, Tan R, Huang B, Tan W. Development of viral infectious clones and their applications based on yeast and bacterial artificial chromosome platforms. Mol Biomed. 2025;6(1):26. https://doi.org/10.1186/s43556-025-00266-7

3. Вентер К. Жизнь на скорости света. От двойной спирали к рождению цифровой биологии. М.; 2018.

4. Venter JC, Glass JI, Hutchison CA 3rd, Vashee S. Synthetic chromosomes, genomes, viruses, and cells. Cell. 2022;185(15):2708-24. https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.06.046

5. Gibson DG, Benders GA, Andrews-Pfannkoch C, Denisova EA, Baden-Tillson H, Zaveri J, et al. Complete chemical synthesis, assembly, and cloning of a Mycoplasma genitalium genome. Science. 2008;319(5867):1215-20. https://doi.org/10.1126/science.1151721

6. Kuo L, Godeke GJ, Raamsman MJ, Masters PS, Rottier PJ. Retargeting of coronavirus by substitution of the spike glycoprotein ectodomain: crossing the host cell species barrier. J Virol. 2000;74(3):1393-406. https://doi.org/10.1128/jvi.74.3.1393-1406.2000

7. Онищенко ГГ, Сизикова ТЕ, Лебедев ВН, Борисевич СВ. Новые представители рода Orthopoxvirus. Инфекционные болезни: новости, мнения, обучение. 2023;12(2):8-13. https://doi.org/10.33029/2305-3496-2023-12-2-8-13

8. Koster CC, Postma ED, Knibbe E, Cleij C, Daran-Lapujade P. Synthetic Genomics From a Yeast Perspective. Front Bioeng Biotechnol. 2022;10:869486. https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.86948

9. Kouprina N, Larionov V. Selective isolation of genomic loci from complex genomes by transformationassociated recombination cloning in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Nat Protoc. 2008;3(3):371-7. https://doi.org/10.1038/nprot.2008.5

10. Kouprina N, Larionov V. Transformation-associated recombination (TAR) cloning and its applications for gene function; genome architecture and evolution; biotechnology and biomedicine. Oncotarget. 2023;14:1009-33. https://doi.org/10.18632/oncotarget.28546

11. Yang L, Tian L, Li L, Liu Q, Guo X, Zhou Y, et al. Efficient assembly of a large fragment of monkeypox virus genome as a qPCR template using dual-selection based transformation-associated recombination. Virol Sin. 2022;37(3):341-7. https://doi.org/10.1016/j.virs.2022.02.009

12. Tulman ER, Delhon G, Afonso CL, Lu Z, Zsak L, Sandybaev NT, et al. Genome of horsepox virus. J Virol. 2006;80(18):9244-58. https://doi.org/10.1128/JVI.00945-06

13. Noyce RS, Lederman S, Evans DH. Construction of an infectious horsepox virus vaccine from chemically synthesized DNA fragments. PLoS One. 2018;13(1):e0188453. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0188453

14. Yao XD, Evans DH. High-frequency genetic recombination and reactivation of orthopoxviruses from DNA fragments transfected into leporipoxvirus-infected cells. J Virol. 2003;77(13):7281-90. https://doi.org/10.1128/jvi.77.13.7281-7290.2003

15. Xie X, Lokugamage KG, Zhang X, Vu MN, Muruato AE, Menachery VD, Shi PY. Engineering SARS-CoV-2 using a reverse genetic system. Nat Protoc. 2021;16(3):1761-84. https://doi.org/10.1038/s41596-021-00491-8

16. Thi Nhu Thao T, Labroussaa F, Ebert N, V'kovski P, Stalder H, Portmann J, et al. Rapid reconstruction of SARS-CoV-2 using a synthetic genomics platform. Nature. 2020;582(7813):561-5. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2294-9

17. Ye C, Chiem K, Park JG, Oladunni F, Platt RN 2nd, Anderson T, et al. Rescue of SARS-CoV-2 from a Single Bacterial Artificial Chromosome. mBio. 2020;11(5):e02168-20. https://doi.org/10.1128/mBio.02168-20

18. Menachery VD, Yount BL Jr, Debbink K, Agnihothram S, Gralinski LE, Plante JA, et al. A SARS-like cluster of circulating bat coronaviruses shows potential for human emergence. Nat Med. 2015;21(12):1508-13. https://doi.org/10.1038/nm.3985

19. Wang K, Liu L, Li Y, Xu Q, Wang H, Yang X. Construction of HiBiT-tagged porcine deltacoronavirus via NanoBiT split-luciferase system and its utility in antiviral research. Vet Microbiol. 2025;307:110623. https://doi.org/10.1016/j.vetmic.2025.110623

20. Cheng J, Zhao Y, Xu G, Zhang K, Jia W, Sun Y, et al. The S2 Subunit of QX-type Infectious Bronchitis Coronavirus Spike Protein Is an Essential Determinant of Neurotropism. Viruses. 2019;11(10):972. https://doi.org/10.3390/v11100972

21. Whitby SM. The potential use of plant pathogens against crops. Microbes Infect. 2001;3(1):73–80. https://doi.org/10.1016/s1286-4579(00)01348-4

22. Рожнятовский Т, Жултовский З. Биологическая война. Угроза и действительность. М.; 1959.

23. Scholthof KB, Adkins S, Czosnek H, Palukaitis P, Jacquot E, Hohn T, et al. Top 10 plant viruses in molecular plant pathology. Mol Plant Pathol. 2011;12(9):938–54. https://doi.org/10.1111/j.1364-3703.2011.00752.x

24. Mansfield J, Genin S, Magori S, Citovsky V, Sriariyanum M, Ronald P, et al. Top 10 plant pathogenic bacteria in molecular plant pathology. Mol Plant Pathol. 2012;13(6):614–29. https://doi.org/10.1111/j.1364-3703.2012.00804.x

25. Schwelm A, Badstöber J, Bulman S, Desoignies N, Etemadi M, Falloon RE, et al. Not in your usual Top 10: protists that infect plants and algae. Mol Plant Pathol. 2018;19(4):1029–34. https://doi.org/10.1111/mpp.12580

26. Супотницкий МВ. Биологическая война против сельскохозяйственных посевов: исторический аспект и конвенционный контроль. Вестник войск РХБ защиты. 2025;9(1):44–56. EDN:vxkuif. https://doi.org/10.35825/2587-5728-2025-9-1-44-56

27. Pasin F, Menzel W, Daròs JA. Harnessed viruses in the age of metagenomics and synthetic biology: an update on infectious clone assembly and biotechnologies of plant viruses. Plant Biotechnol J. 2018;17(6):1010-26. https://doi.org/10.1111/pbi.13084

28. Cooper B. Proof by synthesis of Tobacco mosaic virus. Genome Biol. 2014;15(5):R67. https://doi.org/10.1186/gb-2014-15-5-r67

29. Weiss T, Kamalu M, Shi H, Li Z, Amerasekera J, Zhong Z, et al. Viral delivery of an RNA-guided genome editor for transgene-free germline editing in Arabidopsis. Nat Plants. 2025;11(5):967-76. https://doi.org/10.1038/s41477-025-01989-9

30. Grimsley N, Hohn B, Hohn T, Walden R. «Agroinfection», an alternative route for viral infection of plants by using the Ti plasmid. Proc Natl Acad Sci U S A. 1986;83(10):3282-6. https://doi.org/10.1073/pnas.83.10.3282

31. Clough SJ, Bent AF. Floral dip: a simplified method for Agrobacterium-mediated transformation of Arabidopsis thaliana. Plant J. 1998;16(6):735-43. https://doi.org/10.1046/j.1365-313x.1998.00343.x

32. Krenek P, Samajova O, Luptovciak I, Doskocilova A, Komis G, Samaj J. Transient plant transformation mediated by Agrobacterium tumefaciens: Principles, methods and applications. Biotechnol Adv. 2015;33(6 Pt 2):1024-42. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2015.03.012

33. Lovato A, Faoro F, Gambino G, Maffi D, Bracale M, Polverari A, Santi L. Construction of a synthetic infectious cDNA clone of Grapevine Algerian latent virus (GALV-Nf) and its biological activity in Nicotiana benthamiana and grapevine plants. Virol J. 2014;11:186. https://doi.org/10.1186/1743-422X-11-186

34. Becker MM, Graham RL, Donaldson EF, Rockx B, Sims AC, Sheahan T, et al. Synthetic recombinant bat SARS-like coronavirus is infectious in cultured cells and in mice. Proc Natl Acad Sci USA. 2008;105(50):19944-9. https://doi.org/10.1073/pnas.0808116105

35. Ng TF, Chen LF, Zhou Y, Shapiro B, Stiller M, Heintzman PD, et al. Preservation of viral genomes in 700-y-old caribou feces from a subarctic ice patch. Proc Natl Acad Sci USA. 2014;111(47):16842-7. https://doi.org/10.1073/pnas.1410429111

36. Yu D, Smith GA, Enquist LW, Shenk T. Construction of a self-excisable bacterial artificial chromosome containing the human cytomegalovirus genome and mutagenesis of the diploid TRL/IRL13 gene. J Virol. 2002;76(5):2316-28. https://doi.org/10.1128/jvi.76.5.2316-2328.2002

37. Vashee S, Stockwell TB, Alperovich N, Denisova EA, Gibson DG, Cady KC, Miller K, et al. Cloning, Assembly, and Modification of the Primary Human Cytomegalovirus Isolate Toledo by Yeast-Based Transformation-Associated Recombination. mSphere. 2017;2(5):e00331-17. https://doi.org/10.1128/mSphereDirect.00331-17

38. Liu XF, Wang X, Yan S, Zhang Z, Abecassis M, Hummel M. Epigenetic control of cytomegalovirus latency and reactivation. Viruses. 2013;5(5):1325-45. https://doi.org/10.3390/v5051325

39. Hacein-Bey-Abina S, Garrigue A, Wang GP, Soulier J, Lim A, Morillon E, Clappier E, et al. Insertional oncogenesis in 4 patients aſter retrovirus-mediated gene therapy of SCID-X1. J Clin Invest. 2008;118(9):3132-42. https://doi.org/10.1172/JCI35700

40. Kämmerer U, Pekova S, Klement R. RT-PCR Test Targeting the Conserved 5'-UTR of SARS-CoV-2 Overcomes Shortcomings of the First WHO-Recommended RT-PCR Test. International Journal of Vaccine Theory, Practice, and Research. 2023;|3(1):818-46. https://doi.org/10.56098/ijvtpr.v3i1.71