שפעת האבולוציה: כיצד מדענים להשתמש רצף הגנום לחזות את העתיד

האבולוציה היא בדרך כלל איטית מאוד, תהליך של שינוי שלוקח אלפי שנים או מיליוני שנים.

אבל עבור שפעת, האבולוציה היא מהירה - וקטלנית. וירוסים שפעת לשנות במהירות כדי להימלט ההגנה של הגוף. כל כמה שנים, וריאנטים חדשים של שפעת מופיעים ולגרום מגיפות ברחבי העולם.

שליטה על התפשטות שפעת פירושו להתמודד עם האבולוציה המתמשכת הזאת. בכל שנה, מומחים של ארגון הבריאות העולמי (WHO) חייבים לעשות את הניחוש הטוב ביותר שלהם על איך הווירוס ישתנה על מנת לבחור אילו זנים שפעת לכלול את החיסון השנתי.

עבודה זו קשה ולא בטוחה, ולטעויות יש השלכות של ממש. ברחבי העולם, שפעת מדביק כמה מיליוני אנשים מדי שנה גורם מאות אלפי מקרי מוות. בשנים שבהן התחזיות מחמיצות את הסימן, ויריעת השפעת היא שונה מאוד מזנים שהופצו, יותר אנשים פגיעים לזיהומים.

בשנים האחרונות, ההתקדמות של רצף הגנום החלו לשפוך אור על ראשיתו של אבולוציה ויראלית, עמוק בתוך זיהומים בודדים. תהינו האם, עבור שפעת, מידע זה עשוי לתת לנו הצצה מוקדמת של המגמות האבולוציונית הגלובלית בעתיד.

מה יכולה דלקת שפעת של אדם אחד לספר לנו על איך השינויים וירוס ברחבי העולם? מסתבר, כמות מפתיעה.

מבט עמוק בפנים זיהום

כל צעד בהתפתחות של שפעת מתחיל עם טעות. כמו וירוסים להעתיק את עצמם בתוך אדם נגוע, הם לפעמים מוטציה, יצירת שינויים קטנים לתכנית הגנטית שלהם.

רוב המוטציות מזיקות לווירוס משום שהן מפריעות למכונות הדרושות לתפקוד. אבל מדי פעם, וירוס מוטציה שורד, ואפילו משגשגת. וירוסים משחקים משחק קבוע של חתול ועכבר עם מערכת החיסון האנושית. לפעמים, וירוס מוטציה עשוי להיות פשוט שונה מספיק כדי להימלט מן ההודעה של הגוף.

וירוס מוטציה עם סוג זה של יתרון יכול להתרבות במהירות ולהגיע לשלוט על הזיהום. בסופו של דבר, הוא עשוי להתפשט גם מאדם לאדם, ומשם, להתחיל להתפשט ברחבי העולם.

לאחרונה, זה הפך להיות קל יותר לעקוב אחר איך וירוסים לשנות בתוך גוף האדם. אותם ההתקדמות שהפכו אותו לזול וקל לרצף הגנום האנושי משנות את האופן בו אנו חוקרים וירוסים. עבור עלות רצף גנום אנושי אחד, אנו יכולים רצף אלפי וירוסים מכל דלקת כדי לעקוב אחר מוטציות חדשות כפי שהם מתעוררים.

מוטציות אלה יכולות להראות לנו כיצד הווירוס מגיב לסביבות מאתגרות בתוך גוף האדם. עבור HIV, שבו זיהומים לעתים קרובות שנים או אפילו עשרות שנים, האבולוציה יכולה להיות משמעותית, אפילו בתוך אדם אחד. בפרט, וירוסים לעיתים קרובות לפתח עמידות סמים בתגובה לטיפול אנטי ויראלי.

מעקב אחר שפעת אבולוציה ב 4 זיהומים ארוכים

לאחרונה ערכנו מעקב אחר האבולוציה הויראלית בארבעה חולי סרטן שסבלו מדלקות שפעת שנמשכו מספר חודשים. רוב זיהומים שפעת האחרון כשבוע, אשר מגביל את כמות השינוי שיכול להתרחש. אבל אצל חולים עם מערכת חיסונית חלשה, זיהומים יכולים להימשך זמן רב, עם השפעות חמורות.

איך שפעת השתנה בתוך זיהומים ארוכים אלה? על ידי רצף וירוסים מזמנים שונים במהלך ההדבקה והשווה הגנום שלהם, הצלחנו לזהות מוטציות חדשות ולעקוב אחר גורלם.

האבולוציה פעלה תוך שבועות ספורים. דוגמה אחת ברורה היתה התנגדות לטמיפלו. החולים שחקרנו היו לוקחים את התרופה כדי לשלוט זיהומים שלהם. אבל, כמו במחקרים קודמים, הופיעו וירוסים הנושאים מוטציות עמידות לסמים. מוטציות אלו עשויות להסביר חלקית מדוע זיהומים נמשכו זמן רב כל כך.

מוטציות עמידות לתרופות לא היו השינויים האבולוציוניים היחידים שראינו. חצי תריסר וירוסים מוטנטים, כולם שונים מעט זה מזה, היו מתחרים בו-זמנית באדם אחד.

וירוסים מתחרים אלה הפכו את האבולוציה לרומן מסובך. מוטציה שהתחילה להתפשט בשבוע אחד היתה נכחדת לפעמים. מן הסתם, מוטציה מוטב עוד יותר.

במקרים מסוימים, מצאנו את אותן מוטציות בווירוסים מחולים שונים במחקר שלנו, למרות שנוכל להבחין שהחולים אינם מדביקים זה את זה. רק לעתים נדירות היינו מצפים שדמיון כזה יקרה בגלל המקריות. הווירוסים עלולים לפגוע בהתאמות דומות בתגובה לאתגרים האבולוציוניים. חלק מהמוטציות הללו אולי עזרו לווירוס להימנע מהמערכת החיסונית, מהדהד מחקרים אחרים.

חיזוי העתיד

יתר על כן, מוטציות רבות בקרב מטופלים אלה תאמו מוטציות שהתפשטו לאחר מכן ברחבי העולם. בקוצים של המעיל החיצוני של שפעת, אשר מסייעים הנגיף להיכנס לתאים המארח, המוטציה N225D הופיע שלושה מתוך ארבעת החולים במחקר שלנו. בשנת 2015, כ 8 שנים לאחר החולים שלנו היו נגועים, רוב וירוסים שפעת ברחבי העולם נשאו את אותו שינוי.

עבורנו, זה היה בלתי צפוי. האבולוציה מלאת- offs, וכמה מוטציות המסייעות שפעת להסתגל בתוך אנשים עשויים להאט את ההעברה מאדם לאדם. כמו כן, לא ידענו אם האבולוציה בדלקות שפעת ארוכות במיוחד תתאים לדפוסי שינוי ברחבי העולם.

אבל במחקר שלנו, התפתחות שפעת אצל אנשים בודדים הראתה דמיון בולט לאבולוציה ברחבי העולם. ראינו כמה מגמות אבולוציוניות בעולם בתוך מספר קטן של אנשים.

ככל שהטכנולוגיות ממשיכות להשתפר, זה הופך להיות קל יותר להסתכל עמוק בתוך זיהומים שפעת, כמו שעשינו. מי מעבדה רצף שפעת זנים מאלפי אנשים מדי שנה כדי לפקח על התפתחות שפעת. החוקרים הם רצף יותר ויותר זנים בדרכים לתת לנו לתפוס מוטציות כפי שהם הראשונים נוצרים בתוך אנשים בודדים.

כל אחד מאלפי הזיהומים האלה הוא כמו ניסוי אבולוציוני נפרד. על ידי השוואת המוטציות המופיעות בזיהומים שונים, אנו עשויים לקבל תחושה של אפשרויות ואילוצים אבולוציוניים.

במקום כלשהו לאורך הקו, מידע מסוג זה עשוי לעזור לחזות את התפתחות האבולוציה. לעת עתה, לפחות, הוא חושף חלק מהתהליכים הדינמיים של האבולוציה המתרחשים בתוך כל אחד מאיתנו.

מאמר זה פורסם במקור על השיחה על ידי קתרין Xue ו ג 'סי בלום. קרא את המאמר המקורי כאן.