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The dark side of evolution: the deleterious mutational landscape of RNA viruses

Descrizione del progetto

Mutazioni deleterie nell’evoluzione dei virus RNA

Rispetto alle mutazioni benefiche, le mutazioni deleterie sono state poco studiate, poiché è tecnicamente impossibile sequenziare ognuna di esse. Di recente, le tecniche di sequenziamento di nuova generazione hanno dimostrato che una parte significativa della diversità genetica virale è una conseguenza di mutazioni deleterie. Il progetto RNAVirFitness, finanziato dall’UE, studia la distribuzione degli effetti di adattamento su una vasta gamma di virus RNA, che comprende rappresentanti di ogni classe dei principali agenti patogeni umani, sia in vivo che in vitro. Il progetto esplorerà in che modo l’accumulo di mutazioni deleterie possa portare all’estinzione della popolazione virale e come ciò possa essere adottato come nuova strategia per affrontare le epidemie virali. Oltre al loro contributo alla biologia evolutiva, i risultati possono essere sfruttati per la progettazione di nuovi ceppi di vaccini e per lo sviluppo di terapie antivirali ad ampio spettro.

Obiettivo

Mutations are fundamental drivers of evolution. Characterizing how mutations affect fitness is critical across diverse fields: from pathogen biology, to human genetic diseases, and models of population extinction. RNA viruses, notorious for their high mutation rates and rapid generation times, are ideal models for studying the effects of mutations. To date, deleterious mutations (i.e. mutations with a fitness cost) have been understudied as compared to beneficial mutations, mainly since it has been technically unfeasible to sequence each single rare deleterious mutation. Using novel next generation sequencing (NGS) techniques, we and others have recently overcome this gap, and shown that an appreciable proportion of viral genetic diversity is a consequence of a multitude of rare deleterious mutations. Here, we suggest investigating the distribution of fitness effects (DFE) across a diverse array of RNA viruses, spanning representatives of each class of major human pathogens, both in vivo (in patients) and in vitro (in cell culture). Next, we will focus on genetic linkage and context-dependent fitness effects of mutations. We postulate that over- and under-represented sequence contexts may represent signatures of host anti-viral activity. Finally, we will investigate how the DFE changes following an environmental perturbation (physical and metabolic changes, tissue type, and sex of the host). We will explore how the accumulation of deleterious mutations following rapid perturbations may lead to the extinction of the viral population, and how this can be used as a novel strategy to tackle viral epidemics. To this end we will integrate state-of-the-art NGS, population genetics modelling, and reverse genetics validation. Beyond their contribution to evolutionary biology, we anticipate that our results may be harnessed for the design of safe and effective attenuated vaccine strains, and the development of broad-spectrum antiviral therapeutic strategies.

Meccanismo di finanziamento

ERC-STG - Starting Grant

Istituzione ospitante

TEL AVIV UNIVERSITY
Contribution nette de l'UE
€ 1 495 625,00
Indirizzo
RAMAT AVIV
69978 Tel Aviv
Israele

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Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 495 625,00

Beneficiari (1)