Evoluția gripei: modul în care oamenii de știință folosesc secvențierea genomului pentru a anticipa viitorul

Evoluția este de obicei foarte lentă, un proces de schimbare care durează de mii sau milioane de ani pentru a vedea.

Dar pentru gripa, evoluția este rapidă și morală. Gripa virusului se schimbă rapid pentru a scăpa de apărarea organismului. La fiecare câțiva ani, noi variante ale gripei apar și provoacă epidemii în întreaga lume.

Controlul răspândirii gripei înseamnă abordarea acestei evoluții continue. În fiecare an, experții de la Organizația Mondială a Sănătății (OMS) trebuie să se ghicească cel mai bine despre modul în care virusul se va schimba pentru a alege ce tulpini de gripa să includă în vaccinul anual.

Această muncă este dificilă și incertă, iar greșelile au consecințe reale. La nivel mondial, gripa infecteaza mai multe milioane de oameni in fiecare an si provoaca sute de mii de decese. În anii în care predicțiile ratați marcajul, iar vaccinul împotriva gripei este foarte diferit de tulpinile care circulă, mai multe persoane sunt vulnerabile la infecții.

În ultimii câțiva ani, progresele înregistrate în secvențializarea genomului au început să lumineze începutul evoluției virale, adânc în infecțiile individuale. Ne-am întrebat dacă, din cauza gripei, această informație ne-ar putea da o privire rapidă asupra viitoarelor evoluții globale evolutive.

Ce poate o infecție a unei singure persoane să ne povestească despre modul în care virusul se schimbă în întreaga lume? După cum se dovedește, o sumă surprinzătoare.

Privind adânc în interiorul unei infecții

Fiecare pas în evoluția gripei începe cu o greșeală. Pe măsură ce virușii se copiază în interiorul unei persoane infectate, uneori se mută, creând mici modificări în planul lor genetic.

Cele mai multe mutații sunt dăunătoare pentru virus, deoarece rupe mașinile pe care le are nevoie pentru a funcționa. Dar oricât de des, un virus mutant supraviețuiește și chiar prosperă. Virușii joacă un joc constant de pisică și șoarece cu sistemul imunitar uman. Uneori, un virus mutant poate fi suficient de diferit pentru a scăpa de observațiile organismului.

Un virus mutant cu acest tip de avantaj se poate multiplica rapid și poate ajunge să domine infecția. În cele din urmă, s-ar putea chiar să se răspândească de la o persoană la alta și de acolo să se răspândească în jurul lumii.

Recent, a devenit mai ușor să urmăriți modul în care virușii se schimbă în corpul uman. Aceleasi progrese care au facut-o ieftin si usor de a secventeaza genomul uman se schimba modul in care vom studia virusi. Pentru costul de secvențiere a unui singur genom uman, putem secvența de mii de viruși din toată infecția pentru a urmări mutațiile noi în momentul în care apar.

Aceste mutații ne pot arăta modul în care virusul reacționează la mediile provocatoare din corpul uman. Pentru HIV, în cazul în care infecțiile sunt adesea ani sau chiar decenii, evoluția poate fi substanțială, chiar și în cadrul unei singure persoane. În special, virusurile dezvoltă adesea rezistență la medicament ca răspuns la tratamentul antiviral.

Urmărirea evoluției gripei în 4 infecții lungi

Recent, am urmărit evoluția virale la patru pacienți cu cancer care au avut infecții ale gripei cu o durată de câteva luni. Majoritatea infecțiilor cu gripa durează aproximativ o săptămână, ceea ce limitează cantitatea de schimbare care poate apărea. Dar la pacienții cu sisteme imunitare slabe, infecțiile pot dura o lungă perioadă de timp, cu efecte grave.

Cum a schimbat gripa în cadrul acestor infecții lungi? Prin secvențierea virușilor din diferite momente în timpul infecției și prin compararea genomului acestora am reușit să identificăm noi mutații și să le urmăm soarta.

Evoluția acționa într-o chestiune de săptămâni. Un exemplu clar a fost rezistența la Tamiflu. Pacienții pe care i-am studiat luau medicamentul pentru a-și controla infecțiile. Dar, ca și în studiile anterioare, virusurile care transportau mutații de rezistență la medicament au apărut în cele din urmă. Aceste mutații ar putea explica parțial motivul pentru care infecțiile au durat atât de mult.

Mutațiile de rezistență la natură nu au fost singurele schimbări evolutive pe care le-am văzut. O jumătate de duzină de viruși mutanți, toți diferiți unul de celălalt, ar concura uneori simultan într-o singură persoană.

Aceste virusuri concurente au făcut evoluția o afacere complicată. O mutație care a început să se răspândească într-o săptămână ar fi dispărut uneori și pe următoarea. Probabil, a fost învins de o mutație și mai bună.

În unele cazuri, am găsit exact aceleași mutații în viruși de la diferiți pacienți din studiul nostru, chiar dacă am putea spune că pacienții nu s-au infectat reciproc. Numai foarte rar ne așteptăm ca astfel de asemănări să se întâmple din cauza șansei. Virușii s-ar fi putut lovi de adaptări similare ca răspuns la provocările evolutive. Unele dintre aceste mutații ar fi putut ajuta virusul să evite sistemul imunitar, echitând alte studii.

Prognoza viitorului

Mai mult, multe mutații în cadrul acestor pacienți au corespuns mutațiilor care s-au răspândit mai târziu în întreaga lume. În vârfurile stratului exterior al gripei, care ajută virusul să intre în celule gazdă, mutația N225D a apărut la trei dintre cei patru pacienți din studiul nostru. Până în 2015, aproximativ 8 ani după ce pacienții noștri au fost infectați, majoritatea virusurilor gripale din întreaga lume au avut aceeași schimbare.

Pentru noi, acest lucru a fost neașteptat. Evoluția este plină de compromisuri, iar unele mutații care ajută la adaptarea gripei în rândul oamenilor pot încetini transmiterea ei de la o persoană la alta. De asemenea, nu am știut dacă evoluția unor astfel de infecții neobișnuit de lungi ale gripei ar corespunde modelelor de schimbare din întreaga lume.

Dar în studiul nostru, evoluția gripei la oameni a arătat asemănări izbitoare cu evoluția din întreaga lume. Am putut observa indicii unor tendințe evolutive globale în doar câteva persoane.

Pe măsură ce tehnologiile continuă să se îmbunătățească, devine mai ușor să privim adânc în infecțiile gripei, așa cum am făcut-o. OMS organizează secvențe de gripa secvențială de la mii de oameni în fiecare an pentru a monitoriza evoluția gripei. Cercetătorii sunt secvențializați din ce în ce mai multe tulpini în moduri care ne permit să surprindem mutații în timp ce acestea apar pentru prima oară în rândul persoanelor individuale.

Fiecare dintre aceste mii de infecții este ca un experiment evolutiv separat. Prin compararea mutațiilor care apar în diferite infecții, putem obține un sentiment de posibilități și constrângeri evolutive.

Undeva în jos, această informație poate ajuta la prognoza evoluției gripei. Pentru moment, cel puțin, descoperă unele dintre procesele dinamice ale evoluției care au loc în fiecare dintre noi.

Acest articol a fost inițial publicat în The Conversation de Katherine Xue și Jesse Bloom. Citiți articolul original aici.