Whole blood virome in rheumatoid arthritis

Abstract

Recent research has shown that human body is host to billions of microbes, including viruses. Set of all viruses found in specific environment, such as in single human organ, is called a virome. In addition, certain viruses can infect humans and remain latent for the whole lifetime of their host. Rheumatoid arthritis (RA) is a common systemic autoimmune disease characterized by chronic inflammation of joints. Its exact aetiology remains unknown which hinders development of effective prevention or cure. Several studies suggest that certain chronic viral infections, such as those of Epstein-Barr virus and human cytomegalovirus, could trigger rheumatoid arthritis in genetically susceptible individuals. However, traditional methods used in these studies can detect only small number of virus species in one experiment and may have left some undetected. Virome sequencing could potentially study whole virome and thus provide overall view of viruses in RA. Until now, virome sequencing approach has never been applied to RA data. Aim of this thesis was to test whether RA patients have higher viral abundance or more virus species in their blood than healthy individuals. Furthermore, the project tried to detect sequences of possible novel viruses. These objectives were achieved by setting up a bioinformatics pipeline and applying it to a publicly available RNA-sequencing dataset. The dataset was sequenced from whole blood samples of non-treated RA patients (N=5), treated RA patients (N=7) and healthy controls (N=12). Bioinformatics pipeline included quality control, read alignment, de novo assembly and BLAST database searches. Several bacteriophages were detected. Bacteriophages are viruses infecting prokaryotes. However, neither their abundance nor species richness was significantly different between groups. Further, pipeline suggested 486 sequences to originate from putative novel viruses. It seems that bacteriophages do not associate with rheumatoid arthritis although some viruses may have remained undetected due to limitations of the raw data.

Tutkimukset ovat osoittaneet, että ihmiskehossa elää miljardeja mikrobeja, mukaan lukien viruksia. Tietyssä rajatussa paikassa, kuten ihmisen elimessä, sijaitsevien virusten joukkoa kutsutaan viromiksi. On huomattu myös, että tietyt virukset voivat tartuttaa ihmisen piilevästi ja näin pysyä isännässään jopa vuosikymmeniä. Nivelreuma on yleinen systeeminen autoimmuunisairaus, jonka oireisiin kuuluu nivelten krooninen tulehdus. Sen tarkka syy on edelleen tuntematon, mikä estää tehokkaan ehkäisy- tai parannuskeinon löytämisen. Aiemmat tutkimukset viittaavat siihen, että tiettyjen virusten, kuten Epstein-Barrin viruksen tai sytomegaloviruksen, aiheuttama krooninen infektio saattaisi laukaista nivelreuman perinnöllisesti alttiilla henkilöillä. Näissä tutkimuksissa käytetyt menetelmät voivat havaita vain vähän viruslajeja kerrallaan ja saattavat siten jättää havaitsematta taudin kannalta olennaisia viruksia. Sen sijaan viromin sekvensointi voisi antaa kokonaiskuvan nivelreuman ja virusten yhteyksistä. Nivelreumapotilaiden viromia ei ole aiemmin tutkittu sekvensointidatan avulla. Tämän tutkielman tavoitteena oli selvittää, ovatko veren virusmäärä ja viruslajien lukumäärä suurempia nivelreumapotilailla kuin terveillä henkilöillä. Lisäksi yritettiin tunnistaa ennestään tuntemattomien virusten sekvenssit. Bioinformaattinen dataprosessi pystytettiin ja sitä sovellettiin julkisesti saatavilla olleeseen RNA-sekvensointidataan, joka oli peräisin hoitamattomien potilaiden (N=5), hoidettujen potilaiden (N=7) ja terveiden kontrollien (N=12) kokoverinäytteistä. Bioinformaattiseen dataprosessiin kuului muun muassa laadunvalvonta, sekvenssien linjaus virusgenomeihin, sekvenssien yhdistäminen ja BLAST-tietokantahaut. Useita bakteriofageja havaittiin. Bakteriofagit ovat esitumallisissa loisivia viruksia. Niiden määrä tai lajikirjo ei kuitenkaan ollut merkitsevästi erilainen ryhmien välillä. Lisäksi havaittiin yhteensä 486 sekvenssiä, jotka saattoivat olla peräisin ennestään tuntemattomista viruksista. Bakteriofageilla ei ilmeisesti ole yhteyttä nivelreumaan, vaikkakin jotkin virukset saattoivat jäädä havaitsematta raakadatan rajoitteiden vuoksi.