Цивилизация
Каждый год с наступлением холодов на нас надвигается эпидемия гриппа. Наиболее обычный штамм сезонного вируса гриппа — A/H3N2. Предотвратить заболевание может вакцинация, но вирус гриппа славится своей изменчивостью. Специалистам приходится гадать, какой именно вирус посетит нас в следующем сезоне, и постоянно разрабатывать новые вакцины. Возможно, скоро эта задача станет более простой.
Специалисты Нидерландов, Великобритании, России, Австралии и Соединенных Штатов под руководством профессора Дерека Смита из Университета Кембриджа показали, что мутаций, которые приводят к изменению иммунологических свойств вируса, не так много и они вполне предсказуемы.
В исследовании, результаты которого опубликованы в журнале Science , принимал участие и российский специалист Михаил Еропкин, руководитель лаборатории эволюционной изменчивости вирусов гриппа НИИ гриппа Минздрава в Санкт-Петербурге.
Антитела антигриппозных вакцин связываются с определенными сайтами белка оболочки вируса гемагглютинина (HА) . Сайт связывания — это особый участок в молекуле, который взаимодействует с другими молекулами. В результате ежегодных мутаций, происходящих в вирусном геноме, изменяется аминокислотная последовательность HА и его антигенные свойства, поэтому старая вакцина мутантный вирус уже не узнает. Усилия ученых направлены на то, чтобы решить проблему раз и навсегда: найти консервативные последовательности НА, которые смогут служить постоянной мишенью для антител.
Второй путь — попытаться предсказать, как будет меняться вирус, и создать «упреждающую вакцину».
Вирусный гемагглютинин — большой белок со сложной структурой. В нем регулярно происходят аминокислотные замены, но к изменению антигенных свойств вируса приводят только замены в определенных участках молекулы. Исследователи определили, что за 35 лет, в течение которых вирус A/H3N2 циркулирует в человеческой популяции, в этих участках произошли 54 замены аминокислот. Но к смене антигенных свойств вируса приводят только замены в семи определенных позициях, которые расположены близко друг от друга на одном небольшом участке НА. В зависимости от типа сыворотки, с которой реагируют штаммы A/H3N2, их можно разделить на 11 групп.
Исследователи установили, что для перехода вируса из одной группы в другую в подавляющем большинстве случаев достаточно всего одной аминокислотной замены.
Раньше считалось, что для этого необходимы по меньшей мере четыре аминокислотные замены.
Поскольку мутации в вирусном геноме происходят часто, а для изменения его антигенных свойств достаточно замены единственной аминокислоты в одной из семи позиций, можно ожидать, что новые антигенные варианты вируса будут возникать часто, однако это редкое событие, которое случается примерно раз в 3,3 года. Возможно, дело в том, что не всякая замена совместима с жизнью вируса.
Все семь ключевых позиций аминокислот расположены рядом с участком связывания клеточного рецептора. Чтобы размножиться, вирус должен попасть в клетку человека, а для этого связаться с рецептором, расположенным на поверхности клетки. Если участок связывания и рецептор не подойдут друг к другу как ключ к замку, заражения не произойдет. Поэтому изменения НА не должны нарушать структуру и функцию участка связывания, что накладывает ограничения на возможные мутации. Аминокислоты отличаются гидрофобностью и объемом, поэтому даже единичные замены рядом с этим участком неизбежно повлияют на его структуру и способность вируса связываться с клеточным рецептором. Во многих случаях жизнеспособность вируса падает или он погибает. Возможно, поэтому мутации у вируса происходят часто, а антигенная эволюция идет медленно.
Ученые исследовали также другие вирусы гриппа, вызывающие сезонные заболевания: B/Yamagata, B/Victoria и A/H1N1pdm09. Результат оказался таким же. Большинство мутаций, связанных с изменением антигенных свойств, вызваны заменой одной аминокислоты, расположенной рядом с участком связывания с клеточным рецептором.
Поскольку количество потенциальных аминокислотных замен оказалось невелико, исследователи предположили, что возможности изменения антигенных свойств сезонного вируса гриппа более ограниченны, чем полагали ранее.
Это меняет наши представления о механизмах его эволюции. А главное — делает возможным предсказать будущие изменения вируса, чтобы создать вакцину «на опережение».