Когда патогены заражают клетки организма, инфекция запускает цепную реакцию с участием иммунной системы, которая изменяет экспрессию сотен генов. Экспрессия генов — это процесс, с помощью которого клетки извлекают информацию из генов и преобразуют ее в молекулы белка или РНК.
Клетки обладают способностью экспрессировать больше или меньше каждой молекулы, создавая паттерн экспрессии, который изменяется в ответ на внешние воздействия, включая заражение вирусами.Пурвеш Хатри, доктор философии, доцент медицины, и группа из шести других исследователей из Стэнфорда идентифицировали 396 человеческих генов, экспрессия которых изменяется в соответствии с закономерностью, которая указывает на наличие вирусной инфекции. Паттерн изменений, который они называют сигнатурой мета-вируса, встречается у ряда вирусов и отличается от паттерна экспрессии генов у здоровых людей или людей с бактериальными инфекциями. Образец мета-вирусной сигнатуры экспрессии генов также присутствует еще до того, как у человека появятся явные симптомы инфекции.
В своей статье, которая будет опубликована 15 декабря в журнале «Иммунитет», авторы также описали второй паттерн экспрессии гена, который сигнализирует о том, что человек инфицирован вирусом гриппа. Этот второй паттерн, мета-сигнатура гриппа, состоит из изменения экспрессии всего 11 генов человека.
По мета-сигнатуре гриппа можно отличить грипп от других вирусных инфекций, а также от бактериальных инфекций. Он также может выявить инфекцию гриппа до того, как у человека появятся симптомы, и даже выявить, вырабатывает ли человек иммунитет после вакцинации против гриппа.Хатри, биоинформатик, является старшим автором статьи.
Ведущее авторство разделяют докторант Марта Андрес-Терре и бывший докторант Хелен МакГуайр, доктор философии.Хатри сказал, что его команда была мотивирована долгосрочной целью поиска противовирусных препаратов широкого спектра действия, очень похожих на антибиотики широкого спектра действия, которые спасли так много людей от смертельных бактериальных инфекций.
По его словам, против лихорадки денге и других убийц можно использовать противовирусные препараты широкого спектра действия.Развевается красный флаг «инфекции»
Первым шагом исследователей было искать общие изменения в экспрессии генов в ответ на заражение вирусами в целом. Они начали с изучения изменений в экспрессии генов в наборе общедоступных данных.
В образцах крови 205 человек, инфицированных вирусом гриппа, простуды или респираторно-синцитиальным вирусом, команда обнаружила 396 генов, экспрессия которых одинаково изменялась во время всех трех типов инфекций, с увеличением экспрессии 161 гена и уменьшением экспрессия 235 генов.Затем команда обнаружила ту же закономерность в большей группе образцов крови и клеток тканей от 2939 человек, состоящих из здоровых людей и лиц, инфицированных разнообразным набором патогенов, включая вирусы, такие как коронавирус SARS, энтеровирус и аденовирус, а также такие бактерии, как как кишечная палочка, золотистый стафилококк, стрептококк пневмонии и сальмонелла. В большей группе команда обнаружила такой же измененный паттерн экспрессии в тех же 396 генах у пациентов с вирусными инфекциями.
Сигнатура мета-вируса выявила не только людей с активной вирусной инфекцией, но и тех, кто ее инкубировал. Изучая образцы крови, взятые часто — каждые восемь часов в течение пяти дней — команда Стэнфорда обнаружила образец сигнатуры мета-вируса, размахивающий красным флагом «инфекции» за 24 часа до появления первых симптомов. «Сигнатура экспрессии гена человека изменилась до того, как он заболел, поэтому мы могли предсказать за 24 часа до того, у кого появятся симптомы», — сказал Хатри.Те же данные высокочастотной выборки также показали, что сигнал сигнатуры мета-вируса, указывающий на любой вирус, начинается первым.
Затем, несколько часов спустя, у людей с гриппом появился более специфический сигнал мета-сигнатуры гриппа. «Похоже, что при вирусной инфекции иммунная система включает общий ответ на все вирусы, за которым следует вирус-специфический ответ на конкретный вирус», — сказал Хатри. «Вы можете представить себе дерево решений, в котором иммунная система спрашивает:« Это бактериальное или вирусное? » А если вирусный, он включает ответ сигнатуры мета-вируса. А затем спрашивает: «Если это вирусный, то какой это вирус?» А затем он включает специальный ответ на этот вирус ".
Теоретически сигнатуру мета-вируса можно использовать в клинических условиях, чтобы отличить вирусную инфекцию от бактериальной, чтобы определить, следует ли назначать антибиотик. У лаборатории Хатри есть средства на разработку такого теста.
Работа команды является примером того, что Stanford Medicine уделяет особое внимание точному здоровью, цель которого — предвидеть и предотвращать заболевания у здоровых, а также точно диагностировать и лечить болезни у больных.Вакцина работает?Эта работа также может помочь определить, реагирует ли кто-либо на вакцинацию. «Цель вакцинации — вызвать такой же иммунный ответ без симптомов», — сказал он. «Если ответ IMS действительно вирусспецифичен, мы должны увидеть такой же ответ при вакцинации». И, по сути, команда Хатри обнаружила, что в трех независимых исследованиях реципиентов вакцины против гриппа все те, кто, как считается, отреагировали на вакцинацию другими мерами, также показали мета-сигнатуру гриппа с 11 генами.
Точно так же не респонденты не показали ответа на мета-сигнатуру гриппа. Короче говоря, если вы видите сигнатуру экспрессии гена, вы знаете, что человек реагирует на вакцину.
По словам Хатри, до сих пор никто не обнаружил иммунный ответ, который включается как при вакцинации, так и при реальных инфекциях. В этой статье впервые демонстрируется «транскрипционная подпись», которую можно использовать в качестве заместителя для любого иммунного механизма, вызванного как вакцинацией, так и инфекцией. «Мы определили общую сигнатуру, которая связывает инфекцию и вакцинацию», — сказал он.
Работа над ответом на вакцинацию также внесла вклад в понимание мужского иммунного ответа, который отличается от женского. Другое исследование показало, что иммунный ответ мужчин на вакцины каким-то образом подавлялся. В предыдущей работе исследователи изучали реакцию мужчин и женщин на третий день после вакцинации, когда у женщин была сильная реакция, а у мужчин — нет. Но группа Хатри обнаружила, что мужчины реагировали больше всего в первый день после вакцинации.
Другими словами, мужчины отреагировали на вакцину от гриппа раньше, чем женщины. К третьему дню иммунный ответ мужчин вернулся к исходному уровню. «Динамика другая, — сказал он, — и мы не отобрали сэмплы в нужное время».В Стэнфордской газете также рассматривались образцы от пациентов с острой пневмонией. У этих пациентов мета-сигнатура гриппа отличала вирусную пневмонию от бактериальной пневмонии.
По мере выздоровления пациенты их мета-сигнатуры гриппа постепенно возвращались к нормальному исходному уровню. «Таким образом, вы также можете использовать IMS для отслеживания прогресса пациентов», — сказал Хатри.