Поксвирусы побеждают противовирусную защиту, дублируя ген

Учёные обнаружили, что поксвирусы, вызывающие оспу и другие болезни, могут адаптироваться, чтобы преодолевать защитные механизмы хозяина. Они делают это, быстро и временно создавая множественные копии гена, который помогает вирусам противостоять иммунитету. Это открытие даёт новое представление о способности крупных двуцепочечных ДНК-вирусов к быстрой эволюции, несмотря на низкие темпы мутирования. Исследование опубликовано учёными из Университета Юты в выпуске журнала Cell от 17 августа 2012 года.

Поксвирусы — группа ДНК-содержащих вирусов, вызывающих множество заболеваний у людей и животных, включая оспу. В отличие от более мелких РНК-содержащих вирусов (например, гриппа или ВИЧ), которые уклоняются от иммунного ответа за счёт быстрых мутаций, поксвирусы имеют крупные геномы и низкую частоту мутаций. Об их адаптивных стратегиях против защиты хозяина известно мало.

Исследователи изучили вирус вакцинии — поксвирус, известный как основа вакцины против оспы. Ранее было показано, что он кодирует два гена, K3L и E3L, которые подавляют защиту хозяина, блокирующую инфекцию. Учёные начали со штамма вируса вакцинии, у которого был удалён ген E3L, и многократно размножали его в человеческих клетках.

Результаты исследования:

• E3L-дефицитный штамм быстро увеличил производство инфекционных вирусных частиц за счёт селективного увеличения числа копий гена K3L в своём геноме.
• Увеличение числа копий K3L привело к повышенной экспрессии этого гена и усиленной репликации вируса, что дало немедленное эволюционное преимущество.
• В некоторых штаммах также появилась мутация — замена одной аминокислоты в гене K3L. И мутантные, и вирусы с множественными копиями K3L показали повышенную приспособленность по сравнению с диким типом.
• Увеличение числа копий гена, по-видимому, облегчило появление выгодной мутации, предоставив дополнительные мишени для изменений, несмотря на низкую общую частоту мутаций.

Выводы:

• Поксвирусы используют как минимум две стратегии адаптации к иммунитету хозяина.
• Их первой реакцией на враждебную среду может быть быстрое увеличение генома (экспансия гена), а не мутация.
• После закрепления полезной мутации геном может сократиться, уменьшая «плату» за увеличенный размер, но сохраняя выгодное изменение.

Исследование важно не только из-за угрозы использования оспы как биологического оружия, но и потому, что адаптивные стратегии поксвирусов (например, вируса обезьяньей оспы) могут быть актуальны и для других инфекционных организмов.