How can we investigate this flora of viruses that surround us, and aid medicine? How can we turn our cumulative knowledge of virology into a simple, hand-held, single diagnostic assay? I want to turn everything we know right now about detecting viruses and the spectrum of viruses that are out there into, let's say, a small chip.
Como é que podemos investigar esta diversidade de vírus que nos rodeiam e ajudar a medicina? Como podemos transformar o nosso conhecimento acumulado de virologia num instrumento de diagnóstico simples que caiba numa mão? Quero transformar tudo o que sabemos neste momento sobre detetar vírus e sobre o espetro de vírus que por aí andam num pequeno chip.
When we started thinking about this project -- how we would make a single diagnostic assay to screen for all pathogens simultaneously -- well, there's some problems with this idea. First of all, viruses are pretty complex, but they're also evolving very fast. This is a picornavirus. Picornaviruses -- these are things that include the common cold and polio, things like this. You're looking at the outside shell of the virus, and the yellow color here are those parts of the virus that are evolving very, very fast, and the blue parts are not evolving very fast. When people think about making pan-viral detection reagents, usually it's the fast-evolving problem that's an issue, because how can we detect things if they're always changing? But evolution is a balance: where you have fast change, you also have ultra-conservation -- things that almost never change.
Quando começámos a pensar neste projeto, como construir um instrumento simples de diagnóstico para analisar em simultâneo todos os agentes patogénicos, surgiram alguns problemas com esta ideia. Em primeiro lugar, os vírus são bastante complexos, e também evoluem bastante depressa. Isto é um picornavírus. Os picornavírus incluem a constipação comum e a poliomielite, coisas como estas. Estamos a observar a cápsula exterior do vírus. Esta cor amarela aqui são regiões do vírus que evoluem muito rapidamente, e as regiões azuis não evoluem muito depressa. Quando se tentam fazer reagentes de deteção pan-viral, geralmente o maior problema decorre da evolução rápida, porque como podemos detetar estruturas se elas estão sempre a mudar? Mas a evolução é um equilíbrio: onde ocorrem mudanças rápidas, também existe ultraconservação, coisas que quase nunca mudam.
And so we looked into this a little more carefully, and I'm going to show you data now. This is just some stuff you can do on the computer from the desktop. I took a bunch of these small picornaviruses, like the common cold, like polio and so on, and I just broke them down into small segments. And so took this first example, which is called coxsackievirus, and just break it into small windows. And I'm coloring these small windows blue if another virus shares an identical sequence in its genome to that virus. These sequences right up here -- which don't even code for protein, by the way -- are almost absolutely identical across all of these, so I could use this sequence as a marker to detect a wide spectrum of viruses, without having to make something individual. Now, over here there's great diversity: that's where things are evolving fast. Down here you can see slower evolution: less diversity.
Então olhámos para isto um pouco mais atentamente, e vou mostrar-vos alguns dados. Isto são coisas que podemos fazer no computador. Peguei nuns quantos destes pequenos picornavírus, como a constipação comum, a pólio, etc., e quebrei-os em pequenos segmentos. Peguei neste primeiro exemplo, que é chamado de coxsackievírus, e parti-o em pequenas aberturas. Estou a colorir essas pequenas aberturas de azul se outro vírus partilhar uma sequência idêntica no seu genoma com a desse vírus. Estas sequências aqui, que, aliás, nem sequer codificam proteínas, são praticamente idêntica entre todos estes, então posso utilizar esta sequência como um marcador para detetar um vasto espetro de vírus, sem ter que construir algo específico. Ora bem, aqui existe grande diversidade: é onde tudo evolui rapidamente. Aqui em baixo, observamos uma evolução mais lenta: menor diversidade.
Now, by the time we get out here to, let's say, acute bee paralysis virus -- probably a bad one to have if you're a bee --- this virus shares almost no similarity to coxsackievirus, but I can guarantee you that the sequences that are most conserved among these viruses on the right-hand of the screen are in identical regions right up here. And so we can encapsulate these regions of ultra-conservation through evolution -- how these viruses evolved -- by just choosing DNA elements or RNA elements in these regions to represent on our chip as detection reagents.
Quando nós aqui chegarmos, ao vírus da paralisia aguda das abelhas, provavelmente um mau vírus para as abelhas, este vírus não partilha praticamente nenhuma semelhança com o coxsackievírus, mas posso garantir-vos que as sequências que são mais conservadas entre estes vírus no lado direito do ecrã encontram-se em regiões idênticas aqui. Então nós podemos encapsular estas regiões de ultraconservação através da evolução, como estes vírus evoluíram, escolhendo somente elementos de ADN ou de ARN nestas regiões para representar no nosso chip como reagentes de deteção.
OK, so that's what we did, but how are we going to do that? Well, for a long time, since I was in graduate school, I've been messing around making DNA chips -- that is, printing DNA on glass. And that's what you see here: These little salt spots are just DNA tacked onto glass, and so I can put thousands of these on our glass chip and use them as a detection reagent. We took our chip over to Hewlett-Packard and used their atomic force microscope on one of these spots, and this is what you see: you can actually see the strands of DNA lying flat on the glass here. So, what we're doing is just printing DNA on glass -- little flat things -- and these are going to be markers for pathogens. OK, I make little robots in lab to make these chips, and I'm really big on disseminating technology. If you've got enough money to buy just a Camry, you can build one of these too, and so we put a deep how-to guide on the Web, totally free, with basically order-off-the-shelf parts. You can build a DNA array machine in your garage. Here's the section on the all-important emergency stop switch. (Laughter) Every important machine's got to have a big red button. But really, it's pretty robust. You can actually be making DNA chips in your garage and decoding some genetic programs pretty rapidly. It's a lot of fun. (Laughter)
Foi isso que fizemos, mas como fomos fazer isso? Durante muito tempo, desde que eu andava na faculdade, tenho andado entretido a construir chips de ADN, isto é, a imprimir ADN em vidro. E é isso que veem aqui, estas pequenas manchas são apenas ADN impresso em vidro, e eu posso colocar milhares nos chips de vidro e utilizá-las como reagentes de deteção. Levámos o nosso chip à Hewlett-Packard e usámos o microscópio de força atómica num destes pontos, e isto é o que é visível: vemos as cadeias de ADN estendidas sobre o vidro. Então, estamos a imprimir ADN em vidro, pequenas coisas achatadas, que vai servir de marcador para patogénios. Assim, construí pequenos robôs no laboratório para montar os chips, e sou um adepto da disseminação da tecnologia. Se têm dinheiro suficiente para comprar uma Camry, também podem construir isto. Disponibilizamos um manual de instruções completo na web, gratuitamente, basicamente com a indicação das peças a encomendar. Podem construir uma máquina de microarranjo de ADN na garagem. Esta é a secção dos imprescindíveis botões stop de emergência. (Risos) Qualquer máquina importante tem de ter um grande botão vermelho. Agora a sério, é bastante resistente. Podem fazer chips de ADN na garagem, e descodificar alguns programas genéticos rapidamente. É bastante divertido.
And so what we did -- and this is a really cool project --
(Risos)
we just started by making a respiratory virus chip. I talked about that -- you know, that situation where you go into the clinic and you don't get diagnosed? Well, we just put basically all the human respiratory viruses on one chip, and we threw in herpes virus for good measure -- I mean, why not? The first thing you do as a scientist is, you make sure stuff works. And so what we did is, we take tissue culture cells and infect them with various viruses, and we take the stuff and fluorescently label the nucleic acid, the genetic material that comes out of these tissue culture cells -- mostly viral stuff -- and stick it on the array to see where it sticks. Now, if the DNA sequences match, they'll stick together, and so we can look at spots. And if spots light up, we know there's a certain virus in there.
Este é um projeto muito interessante, começámos por fazer um chip de vírus respiratórios. Já falei disto? Uma situação em que se dirigem a uma clínica e não são diagnosticados? Pusemos todos os vírus respiratórios humanos num chip e pusemos também o vírus do herpes, por precaução, porque não? A primeira coisa a fazer como cientistas é: têm de se certificar que o teste funciona. Então fizemos uma cultura de células, infetámo-la com vários vírus, pegámos na preparação e marcámos por fluorescência o ácido nucleico, o material genético que obtivemos dessa cultura celular — sobretudo material viral — e colocámo-lo sobre o chip para ver onde hibridava. Se as sequências de ADN corresponderem, ficam unidas, e depois podemos ir ver os pontos. Se houver pontos fluorescentes, existe ali um certo vírus.
That's what one of these chips really looks like, and these red spots are, in fact, signals coming from the virus. And each spot represents a different family of virus or species of virus. And so, that's a hard way to look at things, so I'm just going to encode things as a little barcode, grouped by family, so you can see the results in a very intuitive way. What we did is, we took tissue culture cells and infected them with adenovirus, and you can see this little yellow barcode next to adenovirus. And, likewise, we infected them with parainfluenza-3 -- that's a paramyxovirus -- and you see a little barcode here. And then we did respiratory syncytial virus. That's the scourge of daycare centers everywhere -- it's like boogeremia, basically. (Laughter) You can see that this barcode is the same family, but it's distinct from parainfluenza-3, which gives you a very bad cold. And so we're getting unique signatures, a fingerprint for each virus. Polio and rhino: they're in the same family, very close to each other. Rhino's the common cold, and you all know what polio is, and you can see that these signatures are distinct. And Kaposi's sarcoma-associated herpes virus gives a nice signature down here. And so it is not any one stripe or something that tells me I have a virus of a particular type here; it's the barcode that in bulk represents the whole thing.
Este é o aspeto de um desses chips. Os pontos vermelhos são um sinal proveniente do vírus. Cada ponto representa uma família ou uma espécie diferente de vírus. Esta é uma forma complicada de ver o resultado. Vou codificar a informação como um código de barras, agrupado por famílias, para podermos ver o resultado de forma mais intuitiva. Pegámos em culturas de células de tecido e infetámo-las com adenovírus. Vemos este código de barras amarelo próximo do adenovírus. Do mesmo modo, infetámos com parainfluenza-3 — um paramyxovírus. Vemos um código de barras aqui. Depois fizemos o vírus sincicial respiratório. É o flagelo dos centros de dia por todo o lado — é o "bicho papão". (Risos) Vemos que este código de barras é da mesma família, mas é distinto do parainfluenza-3, que vos dá uma má constipação. Assim obtemos assinaturas únicas, uma impressão digital para cada vírus. O pólio e o rino estão ambas na mesma família, perto uma da outra. Rino é a constipação comum. Verificarmos que estas assinaturas são diferentes. O vírus do herpes associado ao sarcoma de Kaposi dá-nos aqui uma bela assinatura. Não é uma risca qualquer ou assim que me diz que tenho aqui um vírus de um determinado tipo, é o código de barras que, no seu todo, representa essa informação.
All right, I can see a rhinovirus -- and here's the blow-up of the rhinovirus's little barcode -- but what about different rhinoviruses? How do I know which rhinovirus I have? There're 102 known variants of the common cold, and there're only 102 because people got bored collecting them: there are just new ones every year. And so, here are four different rhinoviruses, and you can see, even with your eye, without any fancy computer pattern-matching recognition software algorithms, that you can distinguish each one of these barcodes from each other.
Ok, eu posso ver um rinovírus — e aqui está ampliado do código de barras do rinovírus — mas então e diferentes rinovírus? Como sei que rinovírus tenho? Há 102 variantes conhecidas da constipação comum, e são apenas 102 porque as pessoas fartaram-se de os catalogar: surgem novos todos os anos. Aqui estão quatro rinovírus diferentes, e vemos, até a olho nu, sem qualquer programa especial de reconhecimento de padrões semelhantes através de algoritmos, que é possível distinguir estes códigos de barras uns dos outros.
Now, this is kind of a cheap shot, because I know what the genetic sequence of all these rhinoviruses is, and I in fact designed the chip expressly to be able to tell them apart, but what about rhinoviruses that have never seen a genetic sequencer? We don't know what the sequence is; just pull them out of the field. So, here are four rhinoviruses we never knew anything about -- no one's ever sequenced them -- and you can also see that you get unique and distinguishable patterns. You can imagine building up some library, whether real or virtual, of fingerprints of essentially every virus. But that's, again, shooting fish in a barrel, you know, right? You have tissue culture cells. There are a ton of viruses. What about real people? You can't control real people, as you probably know. You have no idea what someone's going to cough into a cup, and it's probably really complex, right? It could have lots of bacteria, it could have more than one virus, and it certainly has host genetic material. So how do we deal with this? And how do we do the positive control here?
Este é uma espécie de exemplo base, porque eu sei qual é a sequência genética de todos estes rinovírus, e desenhei o chip, propositadamente, para poder diferenciá-los. Mas então os rinovírus que nunca viram um sequenciador genético? Não sabemos qual é a sequência, apenas os obtivemos. Temos então quatro rinovírus dos quais nunca soubemos nada, nunca ninguém os sequenciou. E vemos que obtêm padrões únicos e distinguíveis. Podemos imaginar a construção de uma biblioteca, real ou virtual, de impressões digitais de todos os vírus. Mas isso é, de novo, caçar galinhas na capoeira, percebem? Temos tecidos em cultura celular: há centenas de vírus. E então com pessoas a sério? Não podemos controlar pessoas a sério, como devem saber. Não fazemos ideia do que uma pessoa vai tossir para um copo, e é decerto muito complexo, não é? Pode ter inúmeras bactérias, mais do que um vírus, certamente tem material genético do hospedeiro, como lidar com isso? Como fazemos o controlo positivo nesta situação?
Well, it's pretty simple. That's me, getting a nasal lavage. And the idea is, let's experimentally inoculate people with virus. This is all IRB-approved, by the way; they got paid. And basically we experimentally inoculate people with the common cold virus. Or, even better, let's just take people right out of the emergency room -- undefined, community-acquired respiratory tract infections. You have no idea what walks in through the door. So, let's start off with the positive control first, where we know the person was healthy. They got a shot of virus up the nose, let's see what happens.
É simples. Aqui, estou a fazer uma lavagem nasal. A ideia é, experimentalmente, inocular pessoas com vírus. A propósito tudo isto é aprovado pelo comité de ética IRB, foram pagos. E basicamente, experimentalmente inoculámos pessoas com o vírus da constipação comum. Ou, melhor ainda, fomos diretamente às urgências buscar pessoas com infeções do trato respiratório, adquiridas na comunidade e indefinidas. Não fazemos ideia do que aparece. Então, vamos começar primeiro pelo controlo positivo, onde sabemos que a pessoa estava saudável. Elas recebem uma dose de vírus pelo nariz, vamos ver o que acontece.
Day zero: nothing happening. They're healthy; they're clean -- it's amazing. Actually, we thought the nasal tract might be full of viruses even when you're walking around healthy. It's pretty clean. If you're healthy, you're pretty healthy. Day two: we get a very robust rhinovirus pattern, and it's very similar to what we get in the lab doing our tissue culture experiment. So that's great, but again, cheap shot, right? We put a ton of virus up this guy's nose. So -- (Laughter) -- I mean, we wanted it to work. He really had a cold. So, how about the people who walk in off the street?
Dia 0: nada acontece. Estão saudáveis, estão limpas, é fantástico. Pensámos que o trato nasal tivesse vírus, mesmo quando saudáveis. Está bastante limpo. Dia 2: surge um padrão consistente com rinovírus, muito semelhante ao obtido em laboratório na experiência com tecidos em cultura celular. Fantástico, mas de novo, um tiro fácil, não é? Pusemos uma data de vírus no nariz dele, queríamos que funcionasse. (Risos) Ele teve mesmo uma constipação. E então com as pessoas apanhadas na rua?
Here are two individuals represented by their anonymous ID codes. They both have rhinoviruses; we've never seen this pattern in lab. We sequenced part of their viruses; they're new rhinoviruses no one's actually even seen. Remember, our evolutionary-conserved sequences we're using on this array allow us to detect even novel or uncharacterized viruses, because we pick what is conserved throughout evolution. Here's another guy. You can play the diagnosis game yourself here. These different blocks represent the different viruses in this paramyxovirus family, so you can kind of go down the blocks and see where the signal is. Well, doesn't have canine distemper; that's probably good. (Laughter) But by the time you get to block nine, you see that respiratory syncytial virus. Maybe they have kids. And then you can see, also, the family member that's related: RSVB is showing up here. So, that's great. Here's another individual, sampled on two separate days -- repeat visits to the clinic. This individual has parainfluenza-1, and you can see that there's a little stripe over here for Sendai virus: that's mouse parainfluenza. The genetic relationships are very close there. That's a lot of fun.
Temos aqui dois indivíduos anónimos representados por códigos. Ambos têm rinovírus. Nunca vimos este padrão no laboratório. Sequenciámos partes dos seus vírus. São rinovírus novos que nunca víramos. As nossas sequências evolucionárias conservadas que usamos neste teste permitem-nos detetar vírus novos e não classificados, porque escolhemos o que é conservado durante a evolução. Aqui está outro indivíduo. Podem tentar aqui o vosso diagnóstico. Estes diferentes blocos representam os diferentes vírus na família do paramixovírus. Podem percorrer os blocos e ver onde está o sinal. Não tem cinomose canina, o que é bom sinal. (Risos) Mas quando chegarem ao bloco nove, encontram o vírus sincicial respiratório. Talvez tenham filhos. Vemos também o membro familiar relacionado: o vírus sincicial respiratório aparece aqui. Este é outro indivíduo. Recolhemos amostras em dois dias distintos — visitas repetidas à clínica. Este indivíduo tem parainfluenza-1, e verificamos que há aqui uma pequena risca para o vírus Sendai: a parainfluenza dos ratos. As relações genéticas são muito próximas. É muito interessante.
So, we built out the chip. We made a chip that has every known virus ever discovered on it. Why not? Every plant virus, every insect virus, every marine virus. Everything that we could get out of GenBank -- that is, the national repository of sequences. Now we're using this chip. And what are we using it for? Well, first of all, when you have a big chip like this, you need a little bit more informatics, so we designed the system to do automatic diagnosis. And the idea is that we simply have virtual patterns, because we're never going to get samples of every virus -- it would be virtually impossible. But we can get virtual patterns, and compare them to our observed result -- which is a very complex mixture -- and come up with some sort of score of how likely it is this is a rhinovirus or something. And this is what this looks like. If, for example, you used a cell culture that's chronically infected with papilloma, you get a little computer readout here, and our algorithm says it's probably papilloma type 18. And that is, in fact, what these particular cell cultures are chronically infected with.
Então, nós construímos o chip. Criámos um chip com todos os vírus conhecidos. Porque não? Todos os vírus das plantas, dos insetos, os vírus marinhos. Tudo o que conseguimos descobrir no GenBank, ou seja, no repositório nacional de sequências. Atualmente estamos a utilizar este chip. E para quê? Primeiro, quando há um grande chip como este, é preciso mais informática. Desenhámos um sistema para automatizar o diagnóstico. A ideia é termos padrões virtuais, porque nunca vamos conseguir arranjar amostras de todos os vírus. Seria impossível, mas podemos ter padrões virtuais, e compará-los com o resultado observado, que é uma mistura complexa e nos fornece uma espécie de pontuação sobre quão provável é isto ser um rinovírus ou algo do género. E é com isto que se parece. Se, por exemplo, usámos uma cultura celular que está cronicamente infetada com papiloma recebemos uma notificação do computador, e o nosso algoritmo diz que é provavelmente papiloma tipo 18. De facto, é com o que estas culturas celulares, em particular, estão cronicamente infetadas.
So let's do something a little bit harder. We put the beeper in the clinic. When somebody shows up, and the hospital doesn't know what to do because they can't diagnose it, they call us. That's the idea, and we're setting this up in the Bay Area. And so, this case report happened three weeks ago. We have a 28-year-old healthy woman, no travel history, [unclear], doesn't smoke, doesn't drink. 10-day history of fevers, night sweats, bloody sputum -- she's coughing up blood -- muscle pain. She went to the clinic, and they gave her antibiotics and then sent her home. She came back after ten days of fever, right? Still has the fever, and she's hypoxic -- she doesn't have much oxygen in her lungs. They did a CT scan. A normal lung is all sort of dark and black here. All this white stuff -- it's not good. This sort of tree and bud formation indicates there's inflammation; there's likely to be infection. OK. So, the patient was treated then with a third-generation cephalosporin antibiotic and doxycycline, and on day three, it didn't help: she had progressed to acute failure. They had to intubate her, so they put a tube down her throat and they began to mechanically ventilate her. She could no longer breathe for herself. What to do next? Don't know. Switch antibiotics: so they switched to another antibiotic, Tamiflu. It's not clear why they thought she had the flu, but they switched to Tamiflu.
Vamos fazer algo um pouco mais complicado. Pusemos o beeper na clínica. Quando alguém surge e o hospital não sabe o que fazer não o conseguem diagnosticar, contactam-nos. Estamos a implementar isto na Bay Area. Este caso foi-nos reportado há três semanas. Temos uma mulher de 28 anos saudável, sem historial de viagens, não fuma, não bebe. Com febre há 10 dias, suores noturnos, sangue na expetoração — tem tossido sangue — dores musculares. Dirigiu-se à clínica, deram-lhe antibióticos e mandaram-na para casa. Voltou após 10 dias de febre, ainda tem febre e está hipóxica — não tem muito oxigénio nos pulmões. Fizeram uma TAC. Um pulmão normal é, por regra, escuro e preto aqui. Esta coloração branca, não é boa. Esta espécie de árvore e vesículas indica que existe inflamação, é provável que exista uma infeção. Então, a doente foi depois tratada com um antibiótico cefalosporina de terceira geração e doxiciclina. No terceiro dia, sem se resolver: ela progrediu para falha aguda. Tiveram que entubá-la, colocaram-lhe um tubo na garganta e começaram a ventilá-la mecanicamente. Não conseguia respirar autonomamente. O que fazer a seguir? Não se sabe. Mudaram-lhe os antibióticos. Tamiflu. Não é claro porque é que pensaram que ela tinha gripe mas administraram-lhe Tamiflu. Ao sexto dia, desistiram.
And on day six, they basically threw in the towel. You do an open lung biopsy when you've got no other options. There's an eight percent mortality rate with just doing this procedure, and so basically -- and what do they learn from it? You're looking at her open lung biopsy. And I'm no pathologist, but you can't tell much from this. All you can tell is, there's a lot of swelling: bronchiolitis. It was "unrevealing": that's the pathologist's report. And so, what did they test her for? They have their own tests, of course, and so they tested her for over 70 different assays, for every sort of bacteria and fungus and viral assay you can buy off the shelf: SARS, metapneumovirus, HIV, RSV -- all these. Everything came back negative, over 100,000 dollars worth of tests. I mean, they went to the max for this woman.
Só se faz uma biópsia de pulmões abertos quando não há alternativa. Há uma mortalidade de 8% associada a este procedimento, e o que é que se aprende com isso? Estão a olhar para a biópsia de pulmão aberto. Não se pode dizer muito a partir disto. Só podemos dizer que há uma grande inflamação: bronquiolite. Inconclusivo. Foi o relatório do patologista. Então, a que é que a testaram? Eles tinham os seus testes, claro. Testaram-na para mais de 70 ensaios diferentes, para todos os tipos de bactérias e fungos e vírus cujos ensaios se podem encomendar: SARS, metapneumovírus, VIH, RSV — isso tudo. Todos deram negativos. Testes no valor de mais de 100 000 dólares. Isto é, foram aos limites por esta mulher.
And basically on hospital day eight, that's when they called us. They gave us endotracheal aspirate -- you know, a little fluid from the throat, from this tube that they got down there -- and they gave us this. We put it on the chip; what do we see? Well, we saw parainfluenza-4. Well, what the hell's parainfluenza-4? No one tests for parainfluenza-4. No one cares about it. In fact, it's not even really sequenced that much. There's just a little bit of it sequenced. There's almost no epidemiology or studies on it. No one would even consider it, because no one had a clue that it could cause respiratory failure. And why is that? Just lore. There's no data -- no data to support whether it causes severe or mild disease. Clearly, we have a case of a healthy person that's going down.
Só ao oitavo dia de internamento é que nos contactaram. Forneceram-nos um aspirado endotraqueal ou seja, um pouco de fluido da garganta, do tubo que lá inseriram. Pusemo-lo no chip; o que vemos? Vemos parainfluenza-4. Mas, que diabo é parainfluenza-4? Ninguém faz testes para parainfluenza-4. Ninguém lhe liga nenhuma. Nem sequer é sequenciada frequentemente. Só há uma porção sequenciada. Quase não existe epidemiologia ou estudos sobre ela. Ninguém ia sequer considerá-la, porque ninguém sabia que ela podia causar falha respiratória. Porquê? Apenas senso comum. Não há informação que indique se ela causa doenças moderadas ou graves. Temos o caso de uma pessoa saudável que está a desfalecer.
OK, that's one case report. I'm going to tell you one last thing in the last two minutes that's unpublished -- it's going to come out tomorrow -- and it's an interesting case of how you might use this chip to find something new and open a new door. Prostate cancer. I don't need to give you many statistics about prostate cancer. Most of you already know it: third leading cause of cancer deaths in the U.S. Lots of risk factors, but there is a genetic predisposition to prostate cancer. For maybe about 10 percent of prostate cancer, there are folks that are predisposed to it. And the first gene that was mapped in association studies for this, early-onset prostate cancer, was this gene called RNASEL. What is that? It's an antiviral defense enzyme. So, we're sitting around and thinking, "Why would men who have the mutation -- a defect in an antiviral defense system -- get prostate cancer? It doesn't make sense -- unless, maybe, there's a virus?"
É um caso de estudo. Vou contar uma última coisa nos últimos dois minutos que ainda não foi publicada — vai ser divulgada amanhã. É um caso interessante de uma aplicação para este chip para encontrar algo novo e abrir uma nova porta. Cancro da próstata. Não necessito de dar muitas estatísticas sobre o cancro da próstata. São conhecidas: terceira causa de morte por cancro nos EUA. Inúmeros fatores de risco, mas há uma predisposição genética para o cancro da próstata. Em cerca de 10% dos cancros da próstata, há indivíduos que apresentam uma predisposição genética. E o primeiro gene que foi mapeado em estudos de associação, para cancro da próstata de ocorrência prematura, foi um gene designado RNASEL. O que é? É uma enzima de defesa antivírica. Então podemos pensar: porque é que os indivíduos que têm a mutação, uma deficiência no sistema de defesa antiviral, vão contrair este cancro? Não faz sentido, a não ser que talvez haja um vírus.
So, we put tumors --- and now we have over 100 tumors -- on our array. And we know who's got defects in RNASEL and who doesn't. And I'm showing you the signal from the chip here, and I'm showing you for the block of retroviral oligos. And what I'm telling you here from the signal, is that men who have a mutation in this antiviral defense enzyme, and have a tumor, often have -- 40 percent of the time -- a signature which reveals a new retrovirus. OK, that's pretty wild. What is it? So, we clone the whole virus. First of all, I'll tell you that a little automated prediction told us it was very similar to a mouse virus. But that doesn't tell us too much, so we actually clone the whole thing. And the viral genome I'm showing you right here? It's a classic gamma retrovirus, but it's totally new; no one's ever seen it before. Its closest relative is, in fact, from mice, and so we would call this a xenotropic retrovirus, because it's infecting a species other than mice. And this is a little phylogenetic tree to see how it's related to other viruses. We've done it for many patients now, and we can say that they're all independent infections. They all have the same virus, but they're different enough that there's reason to believe that they've been independently acquired. Is it really in the tissue? And I'll end up with this: yes. We take slices of these biopsies of tumor tissue and use material to actually locate the virus, and we find cells here with viral particles in them. These guys really do have this virus.
Então, colocámos tumores no nosso chip — e temos agora mais de 100 tumores. Sabemos quem tem deficiências em RNASEL e quem não tem. Estou a mostrar aqui o sinal proveniente do chip, e estou a mostrá-lo para o bloco de oligorretrovirais. O que vos posso dizer sobre o sinal é que homens com mutações neste sistema de defesa antiviral, e que têm um tumor, frequentemente têm — 40% das vezes — uma assinatura que revela um novo retrovírus. Isto é bastante misterioso. O que é? Clonámos o vírus inteiro. Antes de mais, informo que uma previsão automática avisou-nos que era bastante semelhante a um vírus de rato. Mas isso não nos diz muito, por isso acabámos por o clonar todo. O genoma viral que eu estou a mostrar aqui é um clássico gama retrovírus, mas é totalmente novo; nunca ninguém o tinha observado. O seu parente mais próximo é, de facto, de um rato. Por isso podemos designá-lo como um retrovírus xenotrópico, porque está a infetar outras espécies que não os ratos. Isto é uma pequena árvore filogenética para vermos como está relacionado com outros vírus. Já o fizemos para muitos doentes e podemos afirmar que são todos infeções independentes. Todos eles têm o mesmo vírus, mas são suficientemente distintos para acreditarmos que foram adquiridos de forma independente. Estará realmente no tecido? Sim. Tirámos amostras destas biópsias de tecido tumoral e usámos material para detetar a localização do vírus, e encontrámos aqui células com partículas virais. Estas pessoas têm de facto este vírus.
Does this virus cause prostate cancer? Nothing I'm saying here implies causality. I don't know. Is it a link to oncogenesis? I don't know. Is it the case that these guys are just more susceptible to viruses? Could be. And it might have nothing to do with cancer. But now it's a door. We have a strong association between the presence of this virus and a genetic mutation that's been linked to cancer. That's where we're at. So, it opens up more questions than it answers, I'm afraid, but that's what, you know, science is really good at. This was all done by folks in the lab -- I cannot take credit for most of this. This is a collaboration between myself and Don. This is the guy who started the project in my lab, and this is the guy who's been doing prostate stuff. Thank you very much. (Applause)
Causará este vírus cancro da próstata? Nada do que eu disse aqui o implica enquanto causa. Não sei. Será um fator que condicione oncogénese? Não sei. Dar-se-á o caso de estes indivíduos serem mais suscetíveis ao vírus? Pode ser. E até pode não ter nada a ver com o cancro. Mas agora é uma porta. Temos uma forte associação entre a presença deste vírus e a mutação genética que tem estado associada ao cancro. É onde nós estamos. Tudo isto levanta mais perguntas do que respostas. Mas, como sabem, é nisso que a ciência é boa. Foi tudo feito por colegas no laboratório, não é mérito só meu, é fruto da colaboração entre mim e o Don. Este iniciou o projeto no meu laboratório, e este tem andado a investigar a próstata. Muito obrigado a todos.