Gripo evoliucija: kaip mokslininkai naudoja genomo seką, kad prognozuotų ateitį

Paprastai evoliucija yra labai lėta, tai yra pokyčių procesas, kurį reikia matyti tūkstančius ar milijonus metų.

Tačiau gripui evoliucija yra greita ir mirtina. Gripo virusai sparčiai keičiasi, kad išvengtų organizmo apsaugos. Kas kelerius metus atsiranda naujų gripo variantų ir sukelia epidemijas visame pasaulyje.

Kontroliuojant gripo plitimą, reikia išspręsti šią nuolatinę evoliuciją. Kiekvienais metais Pasaulio sveikatos organizacijos (PSO) ekspertai turi kuo geriau atspėti, kaip virusas pasikeis, kad galėtų pasirinkti, kokias gripo padermes įtraukti į metinę vakciną.

Šis darbas yra sunkus ir neaiškus, o klaidos turi realių pasekmių. Visame pasaulyje gripas kasmet užkrečia milijonus žmonių ir sukelia šimtus tūkstančių mirčių. Per metus, kai prognozės praleidžia ženklą ir gripo kulka labai skiriasi nuo cirkuliuojančių padermių, daugiau žmonių yra pažeidžiami infekcijoms.

Per pastaruosius kelerius metus pažanga genomo sekos nustatymo prasme atskleidė virusų evoliucijos pradžią, giliai atskirose infekcijose. Mums buvo įdomu, ar dėl gripo ši informacija gali suteikti mums ankstyvą pasaulinių evoliucijos tendencijų žvilgsnį.

Ką gali atskleisti vieno asmens gripo infekcija, kaip virusas keičiasi visame pasaulyje? Kaip paaiškėja, stebėtina suma.

Žvelgiant giliai į infekciją

Kiekvienas gripo evoliucijos žingsnis prasideda klaida. Kadangi virusai patys užsikrėtę užsikrėtusiame asmenyje, jie kartais mutuoja, sukeldami nedidelius jų genetinio plano pakeitimus.

Dauguma mutacijų yra kenksmingos virusui, nes jos sulaužo mašiną, kuri turi veikti. Bet kas taip dažnai, išlieka mutantas virusas ir net klesti. Virusai atlieka nuolatinį kačių ir pelės žaidimą su žmogaus imunine sistema. Kartais mutantas virusas gali būti pakankamai skirtingas, kad išvengtų organizmo įspėjimo.

Mutantas virusas, turintis tokį pranašumą, gali greitai daugintis ir ateiti į dominuojančią infekciją. Galų gale, jis gali net plisti iš žmogaus į asmenį ir iš ten pradėti plisti visame pasaulyje.

Neseniai tapo lengviau sekti, kaip virusai keičiasi žmogaus kūne. Tie patys laimėjimai, dėl kurių žmonės genomai buvo pigūs ir lengvai sekantys, keičia virusų tyrimą. Vieno žmogaus genomo sekvenavimo kaštams galime sekti tūkstančius virusų iš visos infekcijos, kad būtų galima sekti naujas mutacijas, kai jos atsiranda.

Šios mutacijos gali parodyti, kaip virusas reaguoja į sudėtingą žmogaus kūno aplinką. ŽIV, kur infekcijos dažnai trunka praėjusius metus ar net dešimtmečius, evoliucija gali būti didelė netgi vienam asmeniui. Visų pirma, virusai dažnai sukelia atsparumą vaistams, reaguojant į antivirusinį gydymą.

Gripo evoliucijos stebėjimas 4 ilgose infekcijose

Neseniai stebėjome virusų evoliuciją keturiuose vėžiu sergantiems pacientams, kuriems buvo užkrato keli mėnesiai. Dauguma gripo infekcijų trunka apie savaitę, o tai riboja pokyčius, kurie gali atsirasti. Tačiau pacientams, kurių imuninė sistema yra silpna, infekcijos gali trukti ilgai, ir tai gali turėti rimtų pasekmių.

Kaip gripas pasikeitė per šias ilgas infekcijas? Suskirstydami virusus iš skirtingų laikų infekcijos metu ir lyginant jų genomus, galėjome nustatyti naujas mutacijas ir sekti jų likimus.

Evoliucija veikė per kelias savaites. Vienas aiškus pavyzdys buvo atsparumas Tamiflu. Pacientai, kurių tyrinėjome, vartojo vaistą infekcijoms kontroliuoti. Tačiau, kaip ir ankstesniuose tyrimuose, galiausiai atsirado virusai, turintys atsparumo mutacijoms mutacijas. Šios mutacijos gali iš dalies paaiškinti, kodėl infekcijos truko taip ilgai.

Narkotikų atsparumo mutacijos nebuvo vieninteliai evoliuciniai pokyčiai, kuriuos matėme. Pusė tuzino mutantinių virusų, kurie tik šiek tiek skiriasi vienas nuo kito, kartais vienu metu konkuruotų viename asmenyje.

Šie konkuruojantys virusai padarė evoliuciją sudėtingu dalyku. Mutacija, kuri pradėjo plisti vieną savaitę, kartais išnyks. Manoma, kad tai buvo netinkama konkurencija dėl dar geresnės mutacijos.

Kai kuriais atvejais mūsų tyrime nustatėme tas pačias virusų mutacijas, nors galėjome pasakyti, kad pacientai neužkrėsti vienas kitu. Tik labai retai tikimės, kad tokie panašumai atsiras dėl atsitiktinumo. Šiuos virusus galėjo paveikti panašūs pritaikymai, atsižvelgiant į evoliucinius iššūkius. Kai kurios iš šių mutacijų galėjo padėti virusui išvengti imuninės sistemos.

Ateities prognozavimas

Be to, daugelis šių pacientų mutacijų atitiko mutacijas, kurios vėliau išplito visame pasaulyje. Gripo išorinio sluoksnio šuoliuose, padedančiuose virusui patekti į šeimininko ląsteles, mutacija N225D atsirado trijuose iš keturių mūsų tyrimo pacientų. Iki 2015 m., Praėjus maždaug 8 metams po to, kai mūsų pacientai buvo užsikrėtę, daugelis gripo virusų visame pasaulyje turėjo tą patį pokytį.

Mums tai buvo netikėta. Evoliucija yra kupina kompromisų, o kai kurios mutacijos, padedančios prisitaikyti prie gripo, gali sulėtinti jo perdavimą nuo žmogaus. Mes taip pat nežinojome, ar evoliucija tokiose neįprastai ilgose gripo infekcijose atitiktų pokyčių modelius visame pasaulyje.

Tačiau mūsų tyrime gripo evoliucija atskiruose žmonėms parodė ryškius panašumus į evoliuciją visame pasaulyje. Mes galėjome matyti kai kurių pasaulinių evoliucinių tendencijų užuominas vos keliuose individuose.

Kadangi technologijos ir toliau gerėja, tampa lengviau atrodyti giliai į gripo infekcijas, kaip mes. PSO laboratorijų sekų gripo padermės iš tūkstančių žmonių kasmet stebi gripo evoliuciją. Mokslininkai seka vis daugiau padermių tokiu būdu, kuris leis mums sugauti mutacijas, kai jos pirmą kartą atsiranda atskiruose žmonėse.

Kiekviena iš šių tūkstančių infekcijų yra tarsi atskiras evoliucinis eksperimentas. Palyginus skirtingose ​​infekcijose atsirandančias mutacijas, mes galime gauti evoliucinių galimybių ir suvaržymų jausmą.

Kažkur žemyn linija, tokia informacija gali padėti prognozuoti gripo evoliuciją. Dabar, bent jau, ji atskleidžia kai kuriuos dinaminius evoliucijos procesus, vykstančius kiekviename iš mūsų.

Šis straipsnis iš pradžių buvo paskelbtas Katherine Xue ir Jesse Bloom pokalbyje. Skaitykite originalų straipsnį čia.