Gripu attīstība: kā zinātnieki izmanto genoma sekvenci, lai prognozētu nākotni

Evolūcija parasti ir ļoti lēna - pārmaiņu process, kas ilgst tūkstošiem gadu.

Bet gripai evolūcija ir ātra un nāvīga. Gripas vīrusi strauji mainās, lai izvairītos no organisma aizsardzības. Ik pēc pāris gadiem parādās jauni gripas varianti un izraisa epidēmijas visā pasaulē.

Gripas izplatības kontrole nozīmē risināt šo notiekošo attīstību. Katru gadu Pasaules Veselības organizācijas (PVO) ekspertiem ir jādara viss iespējamais uzminējums par to, kā vīruss mainīsies, lai izvēlētos, kuri gripas celmi jāiekļauj ikgadējā vakcīnā.

Šis darbs ir grūts un neskaidrs, un kļūdām ir reālas sekas. Visā pasaulē gripa ik gadu inficē vairākus miljonus cilvēku un izraisa simtiem tūkstošu nāves gadījumu. Gados, kad prognozes paliek garām zīmei un gripa ir ļoti atšķirīga no cirkulējošajiem celmiem, vairāk cilvēku ir pakļauti infekcijām.

Pēdējo vairāku gadu laikā gēnu genoma sekvences attīstība ir sākusi iedegties vīrusu evolūcijas sākumā, dziļi atsevišķās infekcijās. Mēs brīnāmies, vai gripai šī informācija var dot mums ieskatu nākotnes globālās attīstības tendencēs.

Kāda varētu būt viena cilvēka gripas infekcija, pastāstot par to, kā vīruss mainās visā pasaulē? Kā izrādās, pārsteidzoši daudz.

Meklē dziļu infekciju

Katrs gripas evolūcijas solis sākas ar kļūdu. Tā kā vīrusi paši inficētās personas kopē, tie dažkārt mutē, radot nelielas izmaiņas viņu ģenētiskajā projektā.

Lielākā daļa mutāciju ir kaitīgas vīrusam, jo ​​tās izjauc mašīnas, kas ir nepieciešamas darbībai. Bet katru tik bieži, mutants vīruss izdzīvo un pat plaukst. Vīrusi spēlē cilvēka imūnsistēmā pastāvīgu kaķu un peles spēli. Dažreiz mutants vīruss var būt pietiekami atšķirīgs, lai izvairītos no organisma paziņojuma.

Mutants vīruss ar šādu priekšrocību var ātri vairoties un kļūt par dominējošu infekciju. Galu galā, tas var pat izplatīties no cilvēka uz cilvēku, un no turienes sākt izplatīties visā pasaulē.

Nesen ir vieglāk izsekot, kā vīrusi mainās cilvēka organismā. Tie paši sasniegumi, kas ir padarījuši lētu un viegli sadalāmu cilvēka genomus, maina to, kā mēs pētām vīrusus. Lai segtu vienas cilvēka genoma secību, mēs varam secināt tūkstošiem vīrusu no visas infekcijas, lai izsekotu jaunām mutācijām, kad tās rodas.

Šīs mutācijas var parādīt, kā vīruss reaģē uz sarežģītu vidi cilvēka organismā. HIV, kur infekcijas bieži ir pēdējo gadu vai pat gadu desmitu laikā, evolūcija var būt ievērojama, pat vienas personas ietvaros. Proti, vīrusi bieži izraisa zāļu rezistenci pret pretvīrusu terapiju.

Gripu attīstības novērošana 4 garās infekcijās

Mēs nesen izsekojām vīrusu attīstību četrās vēža slimniekiem, kuriem bija vairākus mēnešus ilgas gripas infekcijas. Lielākā daļa gripas infekciju ilgst aptuveni nedēļu, kas ierobežo iespējamo pārmaiņu apjomu. Bet pacientiem ar vāju imūnsistēmu infekcijas var ilgt ilgu laiku, ar smagām sekām.

Kā gripa mainījās šajās garajās infekcijās? Secinot vīrusus no dažādiem laikiem infekcijas laikā un salīdzinot viņu genomus, mēs varējām noteikt jaunas mutācijas un izsekot to likteni.

Evolution darbojās dažu nedēļu laikā. Viens skaidrs piemērs bija pretestība Tamiflu. Pacienti, kurus mēs pētījām, lietoja zāles, lai kontrolētu infekcijas. Bet, tāpat kā iepriekšējos pētījumos, beidzot parādījās vīrusi ar rezistences mutācijām. Šīs mutācijas var daļēji izskaidrot, kāpēc infekcijas ilga tik ilgi.

Narkotiku rezistences mutācijas nebija vienīgās evolūcijas pārmaiņas, ko mēs redzējām. Puse duci mutantu vīrusu, kas tikai nedaudz atšķiras viens no otra, reizēm konkurē vienā personā.

Šie konkurējošie vīrusi padarīja evolūciju par sarežģītu lietu. Mutācija, kas sāka izplatīties vienu nedēļu, dažreiz izzudīs. Iespējams, ka tas tika pārspīlēts ar vēl labāku mutāciju.

Dažos gadījumos mūsu pētījumā tika konstatētas tieši tādas pašas mutācijas no dažādiem pacientiem, lai gan mēs varējām pateikt, ka pacienti nav inficējuši viens otru. Mēs tikai ļoti reti sagaidām, ka šādas līdzības notiks nejaušības dēļ. Vīrusi var būt skāruši līdzīgus pielāgojumus, reaģējot uz evolūcijas problēmām. Dažas no šīm mutācijām varēja palīdzēt vīrusam izvairīties no imūnsistēmas, atkārtojot citus pētījumus.

Nākotnes prognozēšana

Turklāt daudzas mutācijas šajos pacientos sakrita ar mutācijām, kas vēlāk izplatījās visā pasaulē. Gripas ārējā apvalka tapās, kas palīdz vīrusam nonākt saimniekšūnās, mutācija N225D parādījās trīs no četriem mūsu pētījuma pacientiem. Līdz 2015. gadam, aptuveni 8 gadus pēc tam, kad mūsu pacienti bija inficējušies, lielākā daļa gripas vīrusu visā pasaulē veica tādu pašu pārmaiņu.

Mums tas bija negaidīts. Evolūcija ir pilna ar kompromisiem, un dažas mutācijas, kas palīdz gripai pielāgoties cilvēkiem, var palēnināt tās pārnešanu no cilvēka uz cilvēku. Mēs arī nezinājām, vai evolūcija šādās neparasti ilgi gripas infekcijās atbilstu pārmaiņu modeļiem visā pasaulē.

Bet mūsu pētījumā gripas attīstība atsevišķos cilvēkiem parādīja pārsteidzošu līdzību ar evolūciju visā pasaulē. Mēs varējām redzēt dažas globālas evolūcijas tendences tikai dažu cilvēku vidū.

Tā kā tehnoloģijas turpina uzlaboties, kļūst vieglāk izskatīties dziļi gripas infekciju iekšienē, kā mēs. PVO laboratoriju secības gripa celmus no tūkstošiem cilvēku katru gadu, lai uzraudzītu gripas attīstību. Pētnieki seko arvien vairāk saspīlējumu tādā veidā, kas ļauj mums nozvejot mutācijas, kad tās pirmo reizi rodas atsevišķu cilvēku vidū.

Katrs no šiem tūkstošiem infekciju ir kā atsevišķs evolūcijas eksperiments. Salīdzinot mutācijas, kas parādās dažādās infekcijās, mēs varam izjust evolūcijas iespējas un ierobežojumus.

Kaut kur pa līniju, šāda veida informācija var palīdzēt prognozēt gripas attīstību. Vismaz vismaz tas atklāj dažus dinamiskus evolūcijas procesus, kas notiek katrā no mums.

Šis raksts sākotnēji tika publicēts Katherine Xue un Jesse Bloom sarunā. Lasiet oriģinālo rakstu šeit.