Стратегия эволюции гриппа нашла идеальный баланс
Ученые раскрыли секретную формулу гриппа для эффективной эволюции внутри вида-хозяина и между видами: баланс. Ключ — в уникальном процессе репликации вируса, который эволюционировал так, чтобы производить достаточно мутаций для распространения и адаптации к хозяину, но не так много, чтобы нежелательные геномные мутации привели к гибели вируса (катастрофический мутагенез). Эти выводы опровергают давние представления об эволюции вируса.
Понимание того, как вирус гриппа реплицируется и эволюционирует для заражения новых хозяев, поможет найти новые способы борьбы с ним. Одна из возможностей — разработка терапий, использующих новые данные для продвижения мутагенеза — лечения, призванного увеличить число мутаций, что в итоге убьет вирус.
«Эта работа предлагает привлекательную стратегию борьбы с гриппом — заставить вирус гриппа убить себя, увеличив количество мутаций сверх желаемого уровня, что для вируса летально», — говорит Бэк Ким, ведущий автор исследования.
В новом исследовании, опубликованном в PLoS One, ученые опровергли широко принятую идею, что вирус гриппа эффективно эволюционирует из-за подверженного ошибкам процесса репликации. На самом деле его процесс репликации не склонен к ошибкам; вместо этого вирус проходит несколько циклов репликации РНК-генома в каждом цикле инфекции, что позволяет ему производить более чем достаточно геномных мутаций, необходимых для эволюции и адаптации.
Точный процесс репликации также сдерживает вирус. Учитывая множественные циклы репликации РНК, слишком большое количество мутаций при ошибко-порождающем процессе привело бы к катастрофическому мутагенезу.
«Восприятие всегда было таким, что вирус гриппа сильно мутирует, и для этого у него должен быть фермент, который делает много ошибок, но работа Кима показывает, что это совсем не так», — отмечает Дэвид Тофэм.
Чтобы выяснить механизмы эволюции вируса гриппа, исследователи провели уникальный биохимический анализ, сравнив репликацию гриппа с хорошо изученной репликацией ВИЧ. Оба вируса требуют эффективного производства мутаций, но реплицируют свою генетическую информацию по-разному. ВИЧ эволюционировал так, что у вируса есть лишь несколько шансов на репликацию своего генома за инфекцию, чтобы сгенерировать достаточные мутации, в то время как у вируса гриппа достаточно возможностей для создания и накопления мутаций в каждом цикле.
В центре открытия — полимеразы, или ферменты, ответственные за репликацию вируса. Поскольку у вируса СПИДа мало возможностей для репликации, его полимеразы высоко подвержены ошибкам, чтобы генерировать достаточные мутации в ограниченном окне. Напротив, полимеразы вируса гриппа — это высокоточные ферменты, они точны и не склонны к ошибкам. Даже без обильных изменений в генетическом материале, стратегия множественной репликации позволяет гриппу производить достаточные для эволюции геномные мутации.
«Команда Кима разработала очень важные новые методы изучения функции полимеразы гриппа, которые могут легко привести к разработке новых противовирусных препаратов», — сказал Джон Тринор.