Еволуција грипа: како научници користе секвенцу генома за предвиђање будућности

Еволуција је обично врло спора, процес промјене који траје тисуће или милијуне година.

Али за грипу еволуција је брза и смртоносна. Вируси грипа брзо се мијењају како би избјегли тјелесну одбрану. Сваких неколико година појављују се нове варијанте грипа и изазивају епидемије широм света.

Контрола ширења грипа значи бављење овом еволуцијом. Сваке године, стручњаци из Свјетске здравствене организације (ВХО) морају дати све од себе како ће се вирус мијењати како би одабрали који ће се вирус грипе укључити у годишњу вакцину.

Овај посао је тежак и неизвјестан, а грешке имају стварне посљедице. Широм света, грипа сваке године зарази неколико милиона људи и изазива стотине хиљада смртних случајева. У годинама када предвиђања промашују оцјену и када је вакцина против грипа веома различита од сојева који циркулишу, више људи је подложно инфекцијама.

У протеклих неколико година, напредак у секвенцирању генома почео је да расветљава почетак еволуције вируса, дубоко унутар појединачних инфекција. Питали смо се да ли нам, због грипа, ова информација може дати рани увид у будуће глобалне еволутивне трендове.

Шта би нам инфекција грипа једне особе могла рећи о томе како се вирус мијења широм свијета? Како се испоставило, изненађујућа количина.

Потражите дубоко унутар инфекције

Сваки корак у еволуцији грипа почиње грешком. Како се вируси копирају унутар заражене особе, понекад мутирају, стварајући мале промјене у свом генетском нацрту.

Већина мутација је штетна за вирус јер ломи машину коју треба да функционише. Али сваки пут, мутантни вирус преживи, па чак и успева. Вируси играју константну игру мачке и миша са људским имунолошким системом. Понекад, мутантни вирус може бити сасвим другачији да би избегао тело.

Мутантни вирус са овом врстом предности се може брзо размножити и доћи до доминације инфекције. На крају, може се чак и проширити од особе до особе, а одатле се почети ширити широм свијета.

Недавно је постало лакше пратити како се вируси мијењају унутар људског тијела. Исти напредак који га је учинио јефтиним и лаким за секвенцирање људских генома мењају начин на који проучавамо вирусе. За трошкове секвенцирања једног људског генома, можемо секвенцирати хиљаде вируса из цијеле инфекције да би пратили нове мутације како се оне појављују.

Ове мутације нам могу показати како вирус реагује на изазовна окружења унутар људског тијела. За ХИВ, где инфекције често трају годинама или чак деценијама, еволуција може бити значајна, чак и унутар једне особе. Посебно, вируси често развијају отпорност на лекове као одговор на антивирусно лијечење.

Праћење еволуције грипа у 4 дуге инфекције

Недавно смо пратили еволуцију вируса код четири пацијента са раком који су имали инфекцију грипом у трајању од неколико месеци. Већина инфекција грипом траје око недељу дана, што ограничава количину промена које се могу догодити. Али код пацијената са слабим имунолошким системом, инфекције могу трајати дуго времена, са озбиљним ефектима.

Како се грип променио у овим дугим инфекцијама? Секвенцирањем вируса из различитих времена током инфекције и поређењем њихових генома, могли смо да идентификујемо нове мутације и пратимо њихове судбине.

Еволуција је деловала неколико недеља. Један јасан пример је био отпор према Тамифлуу. Пацијенти које смо проучавали су узимали лек како би контролисали своје инфекције. Али, као иу претходним студијама, вируси који су носили мутације резистенције на лекове су се на крају појавили. Ове мутације могу делимично објаснити зашто су инфекције тако дуго трајале.

Мутације отпорности на лекове нису биле једине еволутивне промене које смо видели. Пола туцета мутантних вируса, који се само мало разликују једни од других, понекад би се истовремено такмичили у једној особи.

Ови конкурентни вируси учинили су еволуцију компликованом афером. Мутација која је почела да се шири недељу дана понекад би изумрла следећа. Претпоставља се да је била надјачана још бољом мутацијом.

У неким случајевима, пронашли смо исте мутације у вирусима код различитих пацијената у нашој студији, иако смо могли да кажемо да пацијенти нису заразили једни друге. Врло ријетко бисмо очекивали да се такве сличности догоде због случајности. Вируси су можда погодили сличне адаптације као одговор на еволуцијске изазове. Неке од ових мутација можда су помогле вирусу да избегне имуни систем, одражавајући друге студије.

Форецастинг тхе Футуре

Штавише, многе мутације унутар ових пацијената су одговарале мутацијама које су се касније прошириле широм света. У шиљцима спољашњег слоја грипа, који помажу вирусу да уђе у ћелије домаћина, мутација Н225Д појавила се код три од четири пацијента у нашој студији. До 2015. године, око 8 година након што су наши пацијенти заражени, већина вируса грипа широм свијета носила је исте промјене.

За нас је ово било неочекивано. Еволуција је пуна компромиса, а неке мутације које помажу грипи да се прилагоде људима може успорити њен пренос са особе на особу. Такође нисмо знали да ли ће еволуција у таквим неуобичајено дугим инфекцијама против грипа одговарати обрасцима промена широм света.

Али у нашој студији, еволуција грипа код појединаца показала је упадљиве сличности са еволуцијом широм света. Могли смо видјети назнаке неких глобалних еволутивних трендова унутар само неколико појединаца.

Како се технологије настављају побољшавати, постаје све лакше гледати дубоко унутар инфекција грипа, као што смо и чинили. СЗО лабораторије сваке године прате сојеве грипа од хиљада људи како би пратили еволуцију грипа. Истраживачи су редослед све више и више напрезања на начине који нам се ухватити мутације као што су први настају унутар појединих људи.

Свака од ових хиљада инфекција је као посебан еволуциони експеримент. Упоређивањем мутација које се јављају код различитих инфекција, можемо добити осјећај за еволуцијске могућности и ограничења.

Негде доле, ова врста информација може помоћи у прогнозирању еволуције грипа. За сада, барем, открива неке од динамичних процеса еволуције који се одвијају унутар сваког од нас.

Овај чланак је првобитно објављен на разговору Катхерине Ксуе и Јессе Блоом. Прочитајте оригинални чланак овде.