Образцы, взятые более 10 лет назад у людей с необычно продолжительной инфекцией гриппа и недавно проанализированные с использованием современных методов секвенирования генома, выявили определенные вирусные изменения, которые соответствовали глобальным тенденциям эволюции гриппа несколько лет спустя.В исследовании, опубликованном в журнале eLife, отслеживалось, как грипп развивался с течением времени у четырех человек, которые были особенно уязвимы к необычно серьезным вирусным инфекциям: пациенты с трансплантацией костного мозга. У людей со здоровой иммунной системой типичная инфекция гриппа длится около недели, сказала эволюционный биолог Центра исследования рака Фреда Хатчинсона и докторант Кэтрин Сюэ, первый автор исследования.
Поэтому она и ее коллеги из Хатчского детского исследовательского института Сиэтла и Вашингтонского университета изучали вирусы, полученные от пациентов, перенесших трансплантацию, и у которых развились тяжелые инфекции гриппа, продолжавшиеся два или более месяцев.Эти четыре пациента были взяты из группы из почти 500 реципиентов трансплантата, которые участвовали в предыдущем исследовании, проведенном исследователем инфекционных заболеваний Фредом Хатчем доктором Майклом Бекхом, также соавтором этого исследования. Это крупное исследование началось в 2005 году с целью улучшения понимания иногда разрушительного воздействия респираторных вирусов на эту уязвимую группу населения — фактически, двое из четырех пациентов, образцы которых были проанализированы в текущем исследовании, умерли от своих инфекций.По словам Сюэ, важно знать, что вирус гриппа делает у одного инфицированного человека, но это трудно изучать, потому что типичная инфекция гриппа очень коротка.
Большинство исследований отслеживают, как вирус изменяется на глобальном, а не на индивидуальном уровне.«Мы знаем, что грипп очень быстро меняется из года в год», — сказала Сюэ, которая также учится на факультете геномных наук Вашингтонского университета. «Вся эта эволюция должна где-то начинаться.
Она должна начинаться с индивидуальных мутаций, которые возникают у людей, когда они больны».Ограниченные возможности эволюции гриппаБыстрая эволюция вируса гриппа является причиной того, что нам нужна новая вакцина против гриппа каждый год. «Благодаря инфекциям или вакцинации наша иммунная система накапливает клеточные воспоминания о прошлых встречах с гриппом, заставляя вирус мутировать, чтобы он мог обойти эту иммунную блокаду и продолжать заражать одних и тех же людей год за годом», — сказал Фред Хатч, биолог-эволюционист и старший автор исследования. бумага доктора Джесси Блума.
Но эволюционный потенциал вируса ограничен. Мутации происходят случайно, и большинство из них разрушают или ослабляют вирус; только некоторые из этих изменений позволяют гриппу ускользнуть от хорошо вооруженной иммунной системы.
Исследователи использовали современную технику генетического секвенирования, известную как глубокое секвенирование, чтобы получить полную генетическую информацию из тысяч различных вирусных частиц, содержащихся в образце одного пациента. Затем они наблюдали за вирусами, поскольку они менялись от недели к неделе во время длительных инфекций пациентов.
Некоторые вирусные мутации прекратились, но некоторые «закрепились» у каждого пациента, то есть штаммы, несущие эту мутацию, в конечном итоге захватили всю популяцию вирусов в организме этого человека. Когда мутация исправляется, это гарантирует, что следующий инфицированный человек также получит этот конкретный штамм гриппа.Когда они впервые начали свой анализ, они не ожидали найти сходства между четырьмя пациентами, сказал Сюэ. Их исследование преследовало более общую цель: понять, как грипп развивается у отдельного человека.
Но они были удивлены, обнаружив, что одни и те же мутации зафиксированы более чем у одного пациента. И они знали из исследований других групп, изучающих глобальную эволюцию гриппа, что некоторые из этих мутаций распространятся и на население всего мира, спустя годы после того, как штаммы закрепятся у больных раком.
Это не означает, что те же штаммы вирусов, которые позже распространились по миру, получили свое начало у этих нескольких пациентов, сказал Блум. Скорее, он указывает на несколько доступных эволюционных путей, позволяющих обойти иммунную систему людей.
«Вирусы продолжают находить относительно небольшое количество решений этой проблемы, с которой они сталкиваются», — сказал Блум. «Мутации, которые [в конечном итоге] распространяются по миру, возникают снова и снова».Что нужно сделать, чтобы составить прогноз по гриппу?Исследователи считают, что эволюция гриппа у онкологических больных на столько лет предшествовала глобальным изменениям вируса, отчасти потому, что у этих четырех человек были такие длительные инфекции. По словам Сюэ, при стандартной недельной инфекции у вируса меньше шансов на эволюцию, потому что только несколько сотен вирусов из миллионов, присутствующих в организме одного человека, передаются следующему инфицированному человеку.
Эти короткие инфекции и узкое место передачи приводят к «остановке и запуску процесса эволюции», — сказала она. Фактически, эволюция вируса может быть ускорена у пациентов с более длительными инфекциями.Но также возможно, что благоприятные вирусные мутации появляются у отдельных людей за годы до того, как они смогут захватить всю популяцию вирусов в мире. И эта возможность намекает на то, что однажды отдельные инфекции можно будет использовать для прогнозирования глобальной эволюции гриппа.
По словам Сюэ, прогнозирование мутаций, которые захватят мир, улучшит дизайн вакцины. В настоящее время исследователи, связанные с Всемирной организацией здравоохранения, выбирают штаммы гриппа для включения в вакцину каждый год примерно за 9 месяцев до начала следующего сезона гриппа, что дает достаточно времени для производства вакцины. Это сложный и хорошо изученный процесс, но он не всегда позволяет выявить правильные штаммы для данного сезона гриппа. Методы более точного прогнозирования того, какие штаммы вирусов будут преобладать каждый год, могут привести к созданию более эффективных вакцин.
Следующий шаг исследовательской группы — понять, смогут ли они увидеть эти первые признаки глобальной вирусной эволюции у людей с инфекциями средней продолжительности. По словам Сюэ, для этого потребуется гораздо больше, чем четыре заражения. Но данные уже есть и готовы к анализу.
Благодаря усилиям ВОЗ по мониторингу каждый год во всем мире берутся тысячи проб гриппа, и эти пробы все чаще анализируются с помощью тех же методов глубокого секвенирования, которые позволяют проводить такие подробные анализы.Уникальная группа из четырех человек
Образцы, использованные в исследовании, не отражают типичную инфекцию гриппа, но они подчеркивают важность лучшего понимания вируса. Грипп может быть смертельным для пациентов, перенесших трансплантацию. Поскольку их иммунной системе может потребоваться до года для восстановления после процедуры, те, кто перенесли трансплантацию, особенно подвержены легко передаваемым — и часто легким — инфекциям, таким как простуда и грипп.Обычно врачи не утруждают себя отслеживанием и анализом простуды и гриппа у здоровых людей.
Но в Seattle Cancer Care Alliance, партнере Фреда Хатча по клинической помощи, и во многих других онкологических центрах за пациентами, заболевшими респираторным вирусом, очень внимательно следят из-за опасности, которую представляют эти инфекции. Простуда и грипп могут привести к пневмонии и даже смерти у многих пациентов, перенесших трансплантацию.
В первоначальном исследовании пациенты-добровольцы, которым была проведена трансплантация в SCCA, еженедельно сдавали мазки из носа и рта на протяжении всего периода инфицирования. С согласия добровольцев дополнительный материал из этих образцов хранился в морозильных камерах Fred Hutch — на случай, если он может быть полезен для будущих исследований.«Мы невероятно благодарны за то, что эти люди, которые проходят действительно сложное лечение, все еще готовы участвовать в исследованиях», — сказала Сюэ. «Первоначальное исследование было проведено 10 лет назад, и теперь, когда у нас есть новые методы, некоторые из этих оригинальных образцов приносят такие плоды, о которых мы даже не догадывались».Доктор Стивен Пергам, соавтор исследования, исследователь инфекционных заболеваний Фреда Хатча и директор отдела профилактики инфекций в SCCA, также подчеркнул вклад пациентов в это исследование.
По его словам, понимание того, как вирус влияет на эту небольшую группу, привело к знанию, которое может повлиять на любого, кто подвергается риску заболевания гриппом.«Эти пациенты, которые сдают образцы, наиболее подвержены риску осложнений от гриппа», — сказал Пергам. «Это настоящее свидетельство для пациентов, которые хотят проводить такого рода исследования».Затем Сюэ и Блум хотят понять, как иммунная система пациентов изменяется в ответ на развивающийся вирус. Они смогут реализовать этот подход, используя образцы крови, предоставленные теми же пациентами, чьи вирусные образцы они изучали.
Такое исследование могло бы заложить основу для лучших вариантов лечения его пациентов в SCCA, сказал Пергам.«Нам нужны новые методы лечения; нам нужны лучшие варианты лечения; нам нужны более совершенные вакцины, чтобы предотвратить развитие гриппа у пациентов», — сказал он. «Эта фундаментальная научная работа невероятно ценна».