Наука и технологии России

Вход Регистрация

Сочетания мутаций делают вирус гриппа неуязвимым

Под руководством молекулярного эволюциониста Георгия Базыкина из Института проблем передачи информации им. А.А. Харкевича Российской академии наук (ИППИ РАН) российско-американская группа исследователей показала, что различные гены вируса гриппа эволюционируют не независимо друг от друга, а скоординированным образом. Результаты исследования опубликованы в новом номере высокоимпактного журнала PLOS Genetics, вышедшем 6 августа.

Одна из главных причин, по которой человечеству не удаётся справиться с инфекционными заболеваниями – это их способность адаптироваться за счет эволюционных изменений. Быстро возникающие мутации позволяют патогенам обходить защиту иммунной системы человека и обеспечивают устойчивость к лекарственным средствам, которыми человечество пытается с ними бороться.

Вирус_гриппа Модель вируса гриппа. Иллюстрация: Антти-Пекка Лахтинен

Чтобы научиться предсказывать и, возможно, предотвращать распространение таких мутаций, необходимо понимать, как они изменяют свойства вируса. Эффект каждой мутации по отдельности можно оценить экспериментально; однако неясным остается вопрос о том, каков результат нескольких мутаций вместе. «Складываются» ли их эффекты, или же итог совместного действия определяется их сложными взаимодействиями друг с другом? Насколько часты такие взаимодействия и каков их характер? Эти вопросы являются предметом горячего обсуждения. На помощь здесь приходит биоинформатический анализ.

Один из способов узнать, как действуют мутации в сочетании друг с другом, – это изучить, как вирус гриппа эволюционировал в прошлом. В своей работе ученые исследовали, как мутации в одних генах вируса вызывали мутации в других его генах.

«Восстанавливая эволюцию, происходившую в последние десятилетия в человеческой популяции, возвращаясь назад по времени, мы можем реконструировать последовательность таких событий, -- рассказал руководитель исследования Георгий Базыкин. -- Уже существовали методы, которые позволяли это делать для пар мутаций, находящихся внутри одного гена. Но с вирусом гриппа есть сложность: его геном может претерпевать реассортацию. Это означает, что

если один и тот же человек заражается двумя разными штаммами вируса, то может возникнуть новый вирус с геномом, происходящим из генов двух родительских штаммов.

И в такой ситуации разные гены будут иметь разную эволюционную историю. Мы научились прослеживать эту историю и изучать, как мутации в одних генах вызывали мутации в других генах, даже в таких запутанных случаях».

Учёные изучили последовательность возникновения мутаций в двух важнейших генах вируса гриппа: гемагглютинине и нейраминидазе, являющихся мишенями иммунной системы и лекарственных средств, и показали, что изменения в разных генах были согласованы между собой: мутации в одном гене часто «разрешались» предшествовавшими мутациями, или же компенсировались последующими мутациями в другом гене.

«В частности, мутации в гене нейраминидазы, давшие вирусу гриппа устойчивость к лекарственным препаратам, были «разрешены» предшествовавшими мутациями в гене гемагглютинина», -- пояснил Георгий Базыкин.

Такая координация означает, что естественный отбор способствует определенным сочетаниям мутаций; знание этих сочетаний необходимо для того, чтобы понимать и, возможно, предсказывать эволюцию.

«То есть про эволюцию каждого гена нужно думать только в контексте эволюции других генов.

В середине XX века среди популяционных генетиков был спор: одни считали, что влияние каждого гена на свойства организма можно рассматривать отдельно; другие обзывали первых «генетиками мешка с бобами» и говорили, что необходимо изучать взаимодействия генов.

Наши результаты возвращают нас к этому спору на новом материале. Оказывается, что, по крайней мере, для вируса гриппа, у которого геном очень небольшой, взаимодействия между генами и мутациями очень важны», -- отмечает Георгий Базыкин.

Ученый также пояснил практическое значение для медицины полученных результатов, ответив на наши вопросы.

Основываясь на ваших результатах, можно ли предсказать, с какой частотой будут появляться дальнейшие мутации? Где они будут появляться, и как сильно они удивят человечество?

-- Мутации – это случайный процесс, и их никогда нельзя будет предсказать в точности. Тем не менее, наши результаты помогают понять, распространение каких мутаций будет более вероятным. Мы показываем, что определенные мутации в одних генах лучше «работают» во взаимодействии с другими мутациями в других генах вируса гриппа, и что эти взаимосвязи важны для дальнейшего распространения и эволюции вируса. Это то, что сейчас учитывается мало, так как практически не изучено. Чтобы научиться предсказывать будущую эволюцию вируса, нам нужно научиться понимать вот эти взаимодействия между мутациями.

Поможет ли познание тонкостей эволюции вируса гриппа найти более эффективный подход к лечению заболеваний, вызванных этим вирусом?

-- Самый эффективный из имеющихся сейчас способов борьбы с вирусом гриппа – это вакцинация. Но проблема в том, что в вакцину невозможно заложить защиту от всех существующих штаммов. Поэтому необходимо выбирать для вакцины те штаммы, которые, скорее всего, приведут к эпидемии. Если мы промахнемся и окажется, что в следующем сезоне грипп по своим свойствам будет сильно отличаться от того штамма, на основе которого создавалась вакцина, то вакцина будет «бить мимо цели», будет менее эффективной. Сейчас главная задача – научиться предсказывать эволюцию вируса на полгода вперёд – то время, которое необходимо для создания новой вакцины. Надеюсь, что наша работа приближает эту цель.

Это не первое исследование Георгия Базыкина на тему гриппа. В августе прошлого года в том же Plos Genetics вышла статья о взаимодействиях вирусных мутаций, приводящих к пандемиям гриппа. А недавно большое внимание привлекла его работа о влиянии возраста отцов на здоровье и репродукцию потомков.

РЕЙТИНГ

5.00
голосов: 5

Обсуждение