Мутации гриппа в гвоздях и молотках

Прививки против сезонного гриппа в будущем, возможно, будут делать, не отследив, а предсказав штамм атакующего вируса.

Сергей Кряжимский из Университета Пенсильвании и его коллеги, в том числе сотрудник Института проблем передачи информации им. А. А. Харкевича РАН Георгий Базыкин, опубликовали в журнале PLoS Genetics работу, посвященную прогнозированию грядущего штамма вируса.

Практические перспективы этого труда трудно переоценить: достоверное предсказание штамма сделает вакцинацию направленной и куда более эффективной.

В Университете Пенсильвании проведено изучение генома штаммов вируса гриппа, существовавших в течение последних 40 лет. Ученые предложили взглянуть на мутации вируса нестандартно:

каталогизируя пары генетических изменений, происходивших одно за другим в течение небольшого промежутка времени, они заметили, что можно использовать любую мутацию в качестве предвестника ее грядущего «партнера».

Отслеживание каждой отдельной мутации в этом случае недостаточно. «Иногда мутация является функциональной или адаптирующей вирус к условиям среды», – отмечает руководитель работы Джошуа Плоткин. Авторов интересовали лишь так называемые эпистатически связанные гены (эпистаз — это взаимодействие генов, при котором активность одного гена находится под влиянием вариаций других генов).

«Если мы видим, что мутация произошла в точке А, а вскоре в точке В, причем эта тенденция повторяется значительное количества раз, то с некой вероятностью мы можем утверждать, что А и В связаны эпистатически. Первая мутация сама по себе может не нести особой информации, однако она важна в качестве предвестника второй, более важной мутации.

Первая мутация подобна гвоздю, а вторая – молотку»,

– описывает Плоткин. Таким образом, суть эпистаза в том, что результирующее воздействие двух последовательных мутаций заметно превосходит сумму их независимых воздействий.

Авторам работы удалось установить несколько сотен связанных мутаций, в которых одно из изменений служит «воротами» для наступления другого. Как и предполагалось, эта первая мутация в большинстве случаев безвредна и незаметна с точки зрения работы вируса. Она не оказывает обнаруживаемого эффекта и обычно даже не ведет к изменению последовательности аминокислот в белках вируса. Единственное ее действие – «прокладка дороги» для второй мутации, которая оказывает серьезное воздействие на структуру белков вируса тремя-шестью годами позже. Первая мутация, таким образом, предупреждает о приближении второй.

Первичные нейтральные мутации в предыдущих исследованиях вируса иногда не были замечены либо были отброшены, но они оказались исключительно важны для эволюции вируса.

В подтверждение своей теории авторы работы предъявили мутацию-предвестника появления штамма прошлогоднего сезонного гриппа.

«Честно говоря, меня больше всего интересует использование вируса гриппа как модели для поиска базовых закономерностей молекулярной эволюции. Законы физики и сворачивания белков универсальны, поэтому исследуя эволюцию белков вируса гриппа, мы можем не только извлечь практическую пользу, но и приблизиться к пониманию этих фундаментальных законов», – считает Плоткин. В перспективе он планирует также пересмотреть механизм возникновения устойчивости к лекарственным препаратам у отдельных штаммов, в частности у «свиного гриппа» H1N1.

Исследуемые мутации влияют прежде всего на белки поверхности вредителя. Именно они отвечают за то, каким именно образом вирус проникает в клетки человеческого тела и взаимодействует с ними.

Исследователи надеются, что их работа в ближайшем будущем поможет более эффективно бороться с гриппом и спасти жизни людей: ежегодно от сезонного гриппа по всему миру умирают сотни тысяч человек.

Каждый год сразу после определения штамма начинается гонка по созданию вакцины против него: в это время грипп уже свирепствует, поэтому работы должны вестись как можно быстрее. Предсказание грядущего штамма даст специалистам бесценное время для заблаговременного создания вакцины.