Эволюция гриппа - Evolution of influenza

Смотрите также: Хронология гриппа
Грипп (грипп)
Вирус H1N1
Часть серии по
Эволюционная биология
Зяблики Дарвина, автор Gould.jpg

Вирус, вызывающий грипп является одним из самых известных патогенов, обнаруженных в различных разновидность. В частности, вирус обнаружен у птиц, а также у млекопитающие включая лошадей, свиней и людей.[1] В филогения, или эволюционная история конкретного вида, является важным компонентом при анализе эволюция гриппа. Филогенетические деревья представляют собой графические модели взаимоотношений между различными видами. Их можно использовать, чтобы проследить происхождение вируса до конкретных видов и показать, как организмы, которые выглядят по-разному, могут быть так тесно связаны.[1]

Механизмы эволюции

Два общих механизма эволюции вирусов: перегруппировка и генетический дрейф.[2]

Перегруппировка

Перераспределение, также известное как антигенный сдвиг, позволяет новым вирусам развиваться как в естественных условиях, так и в искусственных культурах.[2] Повторная сортировка происходит аналогично событиям кроссовера хромосом, поскольку два разных вирусных штамма могут вступать в контакт и передавать часть своей генетической информации. Это событие кроссинговера создает смесь двух вирусных штаммов, которые могут реплицироваться как один гибридный вирус, который проявляет черты обоих исходных вирусов.[3] Механизм эволюционной силы антигенного сдвига позволяет вирусам гриппа обмениваться генами со штаммами, которые инфицируют разные виды. В соответствии с этим механизмом вирус гриппа человека может обмениваться генами с птичьим штаммом, и именно так возникают пандемические штаммы. С 1900 года произошло три пандемии, вызванных антигенным сдвигом, и это может так же легко повториться снова.[4] Фактически, эволюция вируса H2N2 в 1957 году считается результатом перегруппировки.[2] В данном случае штаммы H1N1 человека и птичий грипп A гены были смешаны.[2] Заражение культур тканей может продемонстрировать, как патогенный качества могут развиваться у одного вида, даже если реассортированный вирус может быть непатогенным для другого вида.[2] Ярким примером эволюции в естественных условиях является перегруппировка двух штаммов птичьего гриппа, обнаруженных у мертвых тюленей еще в 1979 году.[2]

Дрейф

Новые вирусы также могут появляться в результате дрейфа. Дрейф может относиться к генетический дрейф или же антигенный дрейф.[2] Мутация и отбор поскольку наиболее выгодная вариация вируса имеет место во время этой формы эволюции.[2] Антигенные мутанты могут быстро развиваться из-за высокой скорости мутации вирусов. Причина антигенного дрейфа кроется в механизмах самого синтеза РНК. Мутации возникают очень легко просто из-за подверженности ошибкам РНК-полимераза и отсутствие механизмов корректуры. Эти мутации приводят к незаметным изменениям в генах HA и NA, что полностью меняет инфекционные возможности вируса. Эти изменения открывают практически безграничные возможности для появления новых вирусных штаммов.[3] и именно антигенный дрейф генов HA и NA позволяет вирусу инфицировать людей, которые получают вакцины от других штаммов вируса.[5] Эта эволюция происходит под давлением антитела или реакции иммунной системы.[2]

Передача инфекции

Виды и барьеры

Передача или то, как вирус гриппа передается от одного вида к другому, варьируется. Существуют барьеры, которые предотвращают передачу вируса между некоторыми видами, от высокой до низкой. Например, нет прямого пути между людьми и птицами.[2] Однако свиньи служат открытой дорогой. Для них существует ограниченный барьер для распространения вируса.[2] Таким образом, свиньи относительно легко действуют как доноры вируса.[нужна цитата ]

Географические различия

Филогенетические карты - это графическое изображение географических отношений между видами. Они показывают, что географические различия минимально влияют на вирус гриппа человека.[1] Однако и свиной, и птичий грипп, по-видимому, географически зависимы.[1] Все три группы (птицы, свиньи и люди) имеют хронологические различия. Вирус человеческого гриппа сохраняется только у людей, что означает, что он не распространяется на другие виды.[1] Немного родословная появляются подветвия вируса, которые могут быть более распространены в определенных местах. Например, многие вспышки гриппа человека начинаются в Юго-Восточной Азии.[2]

Филогенетический анализ

Филогенетический анализ может помочь определить прошлые вирусы и их образцы, а также определить общий предок вируса. Предыдущие исследования показали, что птичий вирус распространился на свиней, а затем и на людей примерно 100 лет назад.[2] Это привело к дальнейшему развитию человеческих родословных, которые стали более заметными и стабильными.[2]

Анализ также может выявить отношения между видами. Об этом свидетельствует вирус испанского гриппа 1918 года. В гемагглютинин (HA) ген пандемического вируса 1918 г. был ближе по последовательности к птичьим штаммам, чем другим млекопитающим. Несмотря на это генетическое сходство, очевидно, что это вирус млекопитающих.[6] Этот ген мог адаптироваться у людей еще до 1918 года.[6] Анализ филогенетической истории вируса гриппа показывает, что существует общий предок, который появился еще до вспышки 1918 года и связывает нынешний человеческий вирус с вирусом свиней.[7] Предок произошел от птичьего хозяина.[2]

Будущее влияние и стратегии прогнозирования

Филогенетика

Анализ прошлых филогенетических взаимосвязей вируса гриппа может помочь получить информацию о лечении, устойчивости, выборе вакцинного штамма и о возможных будущих штаммах гриппа. Глядя на то, как предыдущие штаммы эволюционировали и приобрели новые черты, эту информацию можно применить для прогнозирования того, как нынешние штаммы могут развиваться, и даже как могут возникать новые штаммы.[8] Еще одно применение филогении для прогнозирования будущих вирусных опасностей - это использование филогеография. Различные клоны могут продолжать свое присутствие и повторно сортировать, указывая на важность подхода с использованием полного генома для определения новых штаммов гриппа и будущих эпидемий.[9][10] Изучение того, как прошлые штаммы эволюционировали при распространении в различных географических регионах, может позволить ученым предсказать, как штамм может накапливать новые мутации в результате своего географического распространения, и эта информация может быть использована для защиты различных популяций.[11]

Все эти методы с использованием исторических данных могут помочь уменьшить влияние новых штаммов вируса гриппа каждый сезон гриппа. Пытаясь предсказать будущие мутации в генах HA и NA, ученые могут выбрать вакцинационные штаммы, которые могут соответствовать будущим вирусам, чтобы антитела могли быстро распознавать и вызывать иммунный ответ против вируса. Единственным недостатком этого подхода является то, что он бесполезен против штаммов, которые эволюционируют в результате антигенного сдвига (перегруппировки). Невозможно предсказать, когда и с какими штаммами эти события произойдут, а тот факт, что это может произойти с штаммами разных видов, делает это еще более трудным.[4] До тех пор, пока не будет найден метод, позволяющий точно предсказать, какие мутации возникнут и когда они возникнут, вакцины будут продолжать создаваться исключительно на основе предположений, без гарантии, что они обеспечат полную защиту от гриппа.[нужна цитата ]

Противовирусная устойчивость

В последнее время резко возросла устойчивость к некоторым лекарствам, включая противовирусное соединение. адамантан.[12] Фактически, его сопротивление недавно выросло с 2 процентов до почти 90 процентов.[12] Эти записи о нарастающей устойчивости делают вывод о том, что лекарства, такие как адамантин, не будут полезны против вируса гриппа в будущем.

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Лю, S; Канг, Дж; Чен, Дж; Тай, Д; Цзян, Вт; Hou, G; Чен, Дж; Ли, Дж; Хуанг, Б. (2009). Поле, Рассвет (ред.). «Панорама филогенетического разнообразия и распространения вируса гриппа типа А». PLOS ONE. 4 (3): 1–20. Bibcode:2009PLoSO ... 4,5022 л. Дои:10.1371 / journal.pone.0005022. ЧВК  2658884. PMID  19325912.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о Шолтиссек, С. (1995). «Молекулярная эволюция вирусов гриппа» (PDF). Гены вирусов. 11 (2–3): 209–215. Дои:10.1007 / BF01728660. PMID  8828147. S2CID  928160.
  3. ^ а б Пэн, Дж; Ян, H; Цзян, H; Линь, YX; Лу, компакт-диск; Сюй, YW; Цзэн, Дж (2014). «Происхождение нового птичьего гриппа A (H7N9) и динамика мутаций его способности к передаче от человека человеку». PLOS ONE. 9 (3): e93094. Bibcode:2014PLoSO ... 993094P. Дои:10.1371 / journal.pone.0093094. ЧВК  3966860. PMID  24671138.
  4. ^ а б Клэнси, S (2008). «Генетика вируса гриппа». Природное образование. 1 (1).
  5. ^ Хофер, У (2014). «Вирусная эволюция: прошлое, настоящее и будущее вирусов гриппа». Обзоры природы Микробиология. 12 (4): 237. Дои:10.1038 / nrmicro3248. PMID  24608335. S2CID  10538872.
  6. ^ а б Рид, А; Фаннинг, Т; Hultin, J; Таубенбергер, Дж (1999). "Происхождение и эволюция гена гемагглютинина" испанского "вируса гриппа 1918 г.". Труды Национальной академии наук США. 96 (4): 1651–1656. Bibcode:1999PNAS ... 96.1651R. Дои:10.1073 / pnas.96.4.1651. ЧВК  15547. PMID  9990079.
  7. ^ Горман, О; Donis, R; Каваока, Y; Вебстер, Р. (1990). «Эволюция генов PB2 вируса гриппа A: значение для эволюции рибонуклеопротеинового комплекса и происхождения вируса гриппа человека A». Журнал вирусологии. 64 (10): 4893–4902. Дои:10.1128 / JVI.64.10.4893-4902.1990. ЧВК  247979. PMID  2398532.
  8. ^ Luksza, M; Лассиг, М. (2014). «Прогнозирующая фитнес-модель для гриппа». Природа. 507 (7490): 57–61. Bibcode:2014Натура507 ... 57л. Дои:10.1038 / природа13087. PMID  24572367. S2CID  4472564.
  9. ^ Холмс, Э; Ghedin, E; Miller, N; Тейлор, Дж; Бао, Y; Святой Георгий, К; Гренфелл, B; Зальцберг, S; Фрейзер, К; Липман, Д; Таубенбергер, Дж (2005). «Полногеномный анализ вируса гриппа А человека выявляет множественные устойчивые клоны и реассортацию среди недавно появившихся вирусов H3N2». PLOS Биология. 3 (9): 1579–1589. Дои:10.1371 / journal.pbio.0030300. ЧВК  1180517. PMID  16026181.
  10. ^ Вана, G; Вестовер, К. (2008). «Происхождение вируса испанского гриппа 1918 года: сравнительный геномный анализ». Молекулярная филогенетика и эволюция. 47 (3): 1100–1110. Дои:10.1016 / j.ympev.2008.02.003. PMID  18353690.
  11. ^ Viboud, C; Boelle, PY; Carrat, F; Валлерон, AJ; Флао, А (2003). «Прогнозирование распространения эпидемий гриппа методом аналогов». Американский журнал эпидемиологии. 158 (10): 996–1006. Дои:10.1093 / aje / kwg239. PMID  14607808.
  12. ^ а б Simonsen, L; Viboud, C; Гренфелл, B; Душофф, Дж; Дженнингс, L; Смит, М; Macken, C; Хата, М; и другие. (2007). «Происхождение и распространение вирусов гриппа человека A / H3N2, вызывающих устойчивость к адамантану». Молекулярная биология и эволюция. 24 (8): 1811–20. Дои:10,1093 / мольбэв / мсм103. PMID  17522084.