Учёные раскрыли фундаментальные правила, по которым вирус денге заражает комаров и людей

Вирусные инфекции, переносимые комарами, когда-то ограниченные тропическими регионами, распространяются. По оценкам ВОЗ, вирус денге заражает до 400 миллионов человек в год во всём мире, и для этого заболевания не существует доступных методов лечения.

Исследование из Института медицинских исследований Стоуэрс раскрыло удивительные стратегии, с помощью которых денге и сотни других вирусов реплицируются в своих хозяевах, что потенциально может помочь в разработке новых противовирусных препаратов и вакцин.

Исследование под руководством докторанта Люсианы Кастеллано из лаборатории доцента Ариэля Баццини, Ph.D., опубликованное на сервере препринтов bioRxiv, появилось в Molecular Systems Biology 22 июля 2024 года. Оно показывает, что геном вируса денге использует менее эффективные кодоны, или "словарный запас", чтобы производить собственные белки, используя механизмы хозяина для репликации и распространения.

Кодон — это последовательность из трёх нуклеотидов, или "слов" в генетическом коде, которые помогают создавать белки. Исследователи обнаружили, что сотни других вирусов также используют в своём генетическом коде "слова", которые менее эффективны для их хозяев — комаров и людей.

"Во время инфекции клетки хозяина и вирусные захватчики находятся в состоянии войны", — сказала Кастеллано. "Как и для создания оружия, и вирусам, и клеткам необходимо строить белки, чтобы сражаться и защищаться".

Вирусу денге необходимы белки, закодированные в его одноцепочечной РНК-геноме, для размножения, но вирус не может производить их самостоятельно. Ему приходится использовать белковосинтезирующий аппарат клетки хозяина. Исследователи предположили, что вирус денге будет использовать кодоны или "словарь", похожий на таковой у комаров и людей.

"Генетический код универсален для всех живых организмов и содержит 64 кодона, трёхнуклеотидных 'слов' РНК, которые определяют аминокислоты, составляющие белки", — сказал Баццини.

Природа генетического кода позволяет более чем одному кодону определять одну и ту же аминокислоту. Функционируя как синонимы в языке, кодоны, определяющие одну и ту же аминокислоту, называются синонимичными кодонами.

Однако, как и каждый синоним — это отдельное слово, каждый синонимичный кодон обладает индивидуальными свойствами, которые могут влиять на эффективность производства белков клеткой, а также на стабильность РНК. Кроме того, конкретный синонимичный кодон может быть эффективным и оптимальным для одного вида, но неэффективным и неоптимальным для другого.

Эта концепция называется кодоновой оптимальностью. Лаборатория Баццини изучает код оптимальности у людей и других позвоночных, и в этом исследовании учёные впервые идентифицировали, что геном комара также следует своему собственному коду оптимальности.

Исследователи обнаружили, что вирус денге склонен использовать синонимичные кодоны, которые считаются менее оптимальными для его хозяев — комаров и людей, что противоречило их первоначальному прогнозу.

"Мы были удивлены, обнаружив, что вирус денге предпочитает использовать менее эффективные кодоны хозяина, возможно, как стратегию уклонения от противовирусного ответа хозяина", — сказала Кастеллано.

"Вирусы накапливают мутации во время заражения своих хозяев. Мы были удивлены, обнаружив, что мутации в геноме вируса денге в сторону этих менее эффективных кодонов повышали приспособленность вируса как в клетках комара, так и в клетках человека", — сказал Райан Макнамара, биоинформатик из лаборатории Баццини.

Команда проанализировала сотни других вирусов, заражающих человека, и обнаружила, что многие из них, включая ВИЧ и SARS-CoV-2, предпочитают использовать менее эффективные кодоны по сравнению с человеком. Это говорит о том, что они эволюционировали, создав "неэффективный" геном как стратегию использования ресурсов клетки-хозяина выгодным для вируса образом. Это консервативное предпочтение среди вирусов имеет значение для понимания не только того, как вирусы эволюционируют, но и того, как отношения хозяин-патоген меняются со временем.

"В будущем мы надеемся лучше понять механизм, с помощью которого вирусы извлекают выгоду из использования этих неэффективных кодонов, и какие молекулы вирусы могут манипулировать, чтобы получить контроль", — сказала Кастеллано.

Центры по контролю и профилактике заболеваний США сообщили, что случаи заболевания денге в странах Америки удвоились по сравнению с прошлым годом и предупреждают о повышенном риске заражения в США.

"Поскольку комары распространяются на более широкие, глобальные регионы, нам нужно начать очень серьёзно думать о том, как бороться с денге и другими вирусными инфекциями, переносимыми комарами", — сказал Баццини.