Istorija apie Vakarų arklių encefalito, kaip mirtinos ligos, atsiradimą ir nuosmukį suteikia esminių pamokų apie tai, kaip patogenas gali įgyti arba prarasti gebėjimą pereiti nuo gyvūnų prie žmonių.
Ši istorija užfiksuota naujai paskelbtame Harvardo medicinos mokyklos tyrime, kuriame nustatomi mechanizmai, kuriuos Vakarų arklių encefalito virusas naudojo žmonėms užkrėsti, ir suderina šio gebėjimo pokyčius laikui bėgant su ligų ir patogeno sukeltų mirčių mažėjimu.
Tyrimo rezultatai, paskelbti liepos 24 d Gamtasiūlo svarbias pamokas visuomenės sveikatos ekspertams, norintiems pasiruošti būsimiems protrūkiams, sakė mokslininkai.
Pasak mokslininkų, darbas pasisuko daug netikėtų posūkių. Išvados meta iššūkį kai kurioms pagrindinėms prielaidoms, kuriomis rėmėsi mokslininkai, bandydami suprasti, kaip virusai sąveikauja su žmogaus ląstelėmis ir kas sukelia protrūkių atoslūgį ir srautą, pvz., nuomonei, kad bet kuris konkretus virusas nukreipiamas į vieną šeimininko receptorių, kad patektų ir užkrėstų. ląstelės.
„Tai buvo tikra mokslinė detektyvo istorija“, – sakė vyresnysis tyrimo autorius Jonathanas Abrahamas, Harvardo medicinos mokyklos Blavatniko instituto mikrobiologijos docentas. „Virusas mus nuolat stebino ir išmokė keletą svarbių pamokų, kaip tirti virusus.
Tyrėjai nustatė specifinius baltymus, ekspresuojamus ląstelėse-šeimininkuose, kuriuos įvairios viruso padermės naudojo užkrėsti įvairius gyvūnus, įskaitant arklius, žmones ir paukščius per pastarąjį šimtmetį. Jų išvados susiejo viruso gebėjimo susirgti žmones ir arklius skirtumus su viruso genomo pokyčiais, dėl kurių virusas negalėjo nukreipti žmonių ir arklių baltymų, o viruso gebėjimas užkrėsti paukščius ir roplius, kurie tarnauja kaip rezervuarai virusas.
Stebėtina viruso gebėjimo užkrėsti ląsteles-šeimininkes įvairovė ir kintamumas pabrėžia, kad svarbu tirti virusus plačiai laike, erdvėje ir šeimininkų rūšimis, kad būtų galima stebėti galimus protrūkius ir stebėti, ar neatsiranda naujų ir pasikartojančių virusų.
Virusas pasikeičia
Pagrindinis istorijos veikėjas yra Vakarų arklių encefalito virusas (WEEV), virusų šeimos, žinomos kaip alfa virusai, narys.
Vienas iš pagrindinių būdų suprasti, kaip virusas sąveikauja su šeimininku, yra nustatyti tikslų kelią, kuriuo jis patenka į ląsteles ir sukelia infekciją.
WEEV ir kiti alfavirusų šeimai priklausantys baltymai paprastai pritvirtina smaigalį prie suderinamo baltymo – receptoriaus – ląstelės šeimininkės paviršiuje. Prisijungęs prie šeimininko receptoriaus, virusas patenka į ląstelę. Patekęs į ląstelę, virusas užgrobia ląstelių ginkluotę, kad galėtų replikuotis, plisti ir išgyventi.
Mokslininkai padarė nekenksmingas įvairių virusų padermių, surinktų iš skirtingų laikų ir vietų, kopijas ir išbandė jų gebėjimą užkrėsti šeimininko ląsteles laboratoriniuose induose. Jie taip pat išbandė kai kurias padermes su pelėmis.
Yra žinoma, kad keletas mirtinų WEEV padermių sukelia sunkų smegenų uždegimą tiek arkliams, tiek žmonėms. Keletą metų tūkstančiai arklių buvo nužudyti ir šimtai žmonių susirgo. Žmonių mirtingumas Šiaurės Amerikoje XX amžiaus pradžioje ir viduryje siekė 15 procentų.
Abraomo grupė išsiaiškino, kad kai kurios iš šių ankstyvųjų padermių gali priklijuoti savo baltymus prie kelių skirtingų tipų receptorių, kad patektų į gyvūnų ląsteles. Tai buvo netikėtas atradimas, nes iki šiol virusologijoje vyraujanti dogma buvo ta, kad virusai paprastai atakuoja tik vieno tipo šeimininko ląstelės receptorius.
Grupė pastebėjo, kad dažnų protrūkių metais cirkuliuojančios padermės gali naudoti daugybę receptorių, ekspresuojamų žmonių ir arklių smegenų ląstelėse, įskaitant baltymus, žinomus kaip PCDH10 ir VLDLR.
Nors virusas vis dar plinta tarp paukščių, uodų ir kitų gyvūnų, naujausias žmonių protrūkis Jungtinėse Valstijose buvo 1987 m., teigia Ligų kontrolės ir prevencijos centrai. Nuo to laiko JAV nustatyti tik penki atvejai.
Priešingai, kai tyrėjai 2005 m. Kalifornijoje ištyrė iš uodų išskirtas padermes, jie nustatė, kad viruso smaigalio baltymas neatpažino žmogaus receptorių, bet vis tiek gali sąveikauti su panašiais paukščių baltymais.
Remdamiesi šiomis išvadomis, mokslininkai iškelia hipotezę, kad virusas išsivystė galbūt dėl to, kad arklius galima skiepyti ir jie nebėra pakankamai paplitę žemės ūkio ar transporto pramonėje, kad būtų veiksmingi viruso stiprintuvai.
Tyrėjai pažymi, kad virusas galėjo išsivystyti per paprastą antigeninį dreifavimą, procesą, kurio metu atsitiktinės mutacijos sukelia keletą nedidelių viruso genomo pokyčių, kurie laikui bėgant gali pakeisti viruso sąveiką su savo šeimininku. Nepriklausomai nuo priežasties, tyrėjų teigimu, subtilūs viruso smailių baltymų formos pokyčiai pakeitė ląstelių receptorius, su kuriais virusas galėjo prisijungti.
Šis tikslinių šeimininkų receptorių pokytis greičiausiai yra pagrindinė priežastis, kodėl virusas Šiaurės Amerikoje „paniro“ kaip žmogaus patogenas, teigė tyrimo grupė. Pasak mokslininkų, šis naujai suprastas dinamiško viruso receptorių sudėtingumo įvertinimas yra esminė priemonė norint suprasti, kaip šis ar kiti panašūs virusai vieną dieną gali vėl atsirasti.
„Turime suprasti, kas nutinka virusams, kai jie panirsta į vandenį, kad galėtume geriau pasiruošti, kai jie vėl atsiras“, – sakė pirmasis autorius Wanyu Li, Harvardo Kennetho C. Griffino menų ir mokslų mokyklos doktorantas, dalyvaujantis virusologijos programoje. HMS Harvardo medicinos mokslų skyrius.
Pavyzdžiui, žinant, ar pavojingos patogeno versijos išlieka izoliuotose vabzdžių populiacijose, ar virusas įgavo gebėjimą užkrėsti kitus gyvūnus, gali būti svarbūs ankstyvieji įspėjimai apie galimą ligų, kurios, kaip manoma, išnyko, atsinaujinimą.
Sudėtingas viruso elgesys
Eksperimentų metu mokslininkai išsiaiškino, kad tam tikros senos WEEV padermės elgėsi kitaip nei tikėtasi.
Kai kuriuose eksperimentuose komanda naudojo rytinio arklių encefalito virusą – mirtinesnį WEEV pusbrolį. Vieno bandymo metu komanda nustatė, kad sena WEEV padermė gali naudoti tuos pačius receptorius kaip rytų virusas, o to negalėjo padaryti naujesni WEEV štamai. Jie taip pat rado skirtingų WEEV padermių, kurios naudojo skirtingus receptorius. Kai kurios padermės gali prilipti prie paukščių receptoriaus baltymo versijų, bet ne tų, kurios ekspresuojamos žmogaus ar arklio ląstelėse.
Išvados yra svarbus priminimas, kad virusai yra dinamiškos sistemos dalis ir kad patys virusai yra dinamiški, su subtiliais, bet reikšmingais laiko ir geografijos skirtumais – tai mintis, kurią stipriai pabrėžė greitai besikeičiantis SARS-CoV-2 virusas. pakurstė COVID-19 pandemiją, sakė tyrėjai.
„Tai buvo pažadinimo skambutis“, – sakė Abrahamas. „Tai mums sako, kad negalime ištirti tik vienos viruso atmainos ir manyti, kad žinome visą istoriją. Virusai atrodo paprasti, tačiau jie yra gana sudėtingi ir nuolat keičiasi.”
Pasirengimo pandemijai pamokų taikymas
Standartinėje virusologijoje mokslininkai dažnai tikrina tik ribotą viruso padermių skaičių. Šie nauji atradimai rodo, kad to nepakanka norint iš tikrųjų suprasti virusą.
„Tiriant šių sudėtingų sistemų įvairovę galima išmokti daug daugiau biologijos“, – sakė Abrahamas. Jis taip pat pažymėjo, kad norint pasiruošti galimiems protrūkiams, būtina ištirti kuo daugiau šios virusinės įvairovės.
Daugelis virusų cirkuliuoja aplink mus gyvenančiuose vabzdžiuose ir gyvūnuose, sakė Abraomas. Kai kurios, pavyzdžiui, erkių platinama infekcija Powassan, kuri yra endeminė Naujojoje Anglijoje, retkarčiais paūmėja ir sukelia mirtiną ar sekinančią ligą.
Abraomas sakė, kad paūmėjimų priežasčių gali būti daug. Ar yra skirtingų Powassan atmainų, kurios kelia skirtingą rizikos lygį? Ar tai aplinkos pokyčiai, ar paties patogeno evoliucinis pokytis, sukeliantis naujus protrūkius? Žvelgiant į visus šiuos aspektus ir virusų įvairovės platumą, mokslininkai padės numatyti protrūkius ir apsisaugoti nuo jų.
Kitas posūkis, kai Abraomas ir jo komanda vykdė savo eksperimentus, Pietų Amerikoje įvyko naujas WEEV protrūkis, kuriame pastaraisiais metais taip pat buvo staigus ligos sumažėjimas. Atrodo, kad virusų populiacijos Pietų ir Šiaurės Amerikoje yra genetiškai skirtingos, o Pietų Amerikos viruso atmaina išlieka gyvybinga pakankamai ilgai, kad migruojantys paukščiai galėtų reguliariai jį perkelti iš vieno žemyno į kitą.
Vis dėlto Abraomas pažymėjo, kad naujasis protrūkis Pietų Amerikoje pabrėžia budrumo ir mokslinio supratimo apie šiuos lakius, formą keičiančius virusus svarbą.
„WEEV sugrįžimas visus nustebino“, – sakė Li. „Dabar, kai žinomi ląsteliniai šeimininko receptoriai, turime įrankius suprasti molekulinius WEEV atsiradimo aspektus.
Abraomas ir bendradarbiai dabar tiria padermes, susijusias su neseniai kilusiu protrūkiu Pietų Amerikoje.
„Vienas nedidelis viruso genomo pokytis, lietaus sezono intensyvumas, leidžiantis daugintis uodams, arba vieta, kur žmonės gyvena ar dirba, gali sukelti protrūkį“, – sakė Abraomas. „Kuo daugiau žinosime, tuo geriau galėsime apsisaugoti.