Кибер-исследование «экосистем» вирусов гриппа

Прогнозирование характера распространения вирусов гриппа требует отслеживания как экологии, так и эволюции этих быстро мутирующих патогенов. К такому выводу пришла исследователь из Университета Дьюка, использующая компьютерное моделирование для изучения таких изменений.

Одной мутации может быть достаточно, чтобы вирус гриппа изменился настолько, что смог повторно заразить людей, у которых выработался иммунитет к его предыдущей форме, — утверждает Катя Кёлле, доцент биологии.

Например, широко распространённый вирус гриппа A, известный как H3N2, появился в 1968 году. С тех пор полностью изменилась треть аминокислотных остатков в его белке гемагглютинине — том самом «H» в H3N2.

«Это огромный объём эволюции, — говорит Кёлле. — Если появляется новый мутант, способный ускользнуть от иммунного ответа и настолько изменить конфигурацию белка, что наши антитела перестают узнавать вирус, это даёт ему огромное преимущество для заражения большего числа людей».

Насколько большое преимущество получит новый штамм, зависит от того, сколько людей было инфицировано в прошлом. Таким образом, эпидемиологическая динамика формирует эволюционную динамику. И наоборот, эволюционная динамика формирует эпидемиологическую, поскольку мутации вируса позволяют людям заражаться повторно.

Группа Кёлле в Университете Дьюка разработала двухуровневую модель для имитации этого взаимодействия у подобных вирусов, что позволяет учёным «количественно воспроизводить наблюдаемые нами закономерности».

Разные хозяева — разная эволюция

Модель должна быть гибкой и простой, чтобы не только воспроизводить динамику H3N2, но и помочь понять, как по-разному грипп эволюционирует у разных хозяев. Например, H3N2 (не путать с вирусом «свиного гриппа» H1N1) также циркулирует среди свиней, демонстрируя у этих животных явно отличные эволюционные паттерны.

Одна из моделей группы фокусируется на этом различии, которое, как подозревает Кёлле, связано с кардинально разной продолжительностью жизни человека и животных — около 80 лет у людей против менее 2 лет у свиней на фермах.

«Вирусу не нужно быстро эволюционировать, чтобы избежать уничтожения иммунитетом свиней, — объясняет она. — Потому что в популяции свиней всегда много новых восприимчивых хозяев».

Проблема с гриппом B

Ещё одна задача — вирус гриппа B, сравнительно мягкий, поражающий в основном детей, но осложнённый тем, что в человеческой популяции циркулируют две генетически различные линии штаммов. В любой конкретный сезон гриппа преобладает только одна последовательность B, что создаёт проблему для производителей вакцин, которым приходится выбирать между ними.

«Им приходится делать обоснованное предположение о том, какая линия гриппа B будет основной в этом сезоне, — говорит Кёлле. — Иногда происходит крупная вспышка гриппа B, когда оказывается, что в вакцине содержится не та линия».