Цивилизация
Каждый год грипп уносит около полумиллиона жизней. При этом основной возбудитель эпидемий вирус гриппа А очень быстро эволюционирует, в каждом сезоне он немного другой. Но медикам нужно заблаговременно подготовить вакцину, подходящую для иммунизации. Выбирая вакцинный штамм для предстоящей эпидемии, Всемирная организация здравоохранения оперирует данными, которые накопила более чем за 60-летнюю историю наблюдений за изменениями вируса. К сожалению, ее прогнозы недостаточно точны, а ошибки обходятся дорого.
Профессор Кельнского университета Михаэль Лэссиг и его коллега из Колумбийского университета Марта Лукша попробовали заглянуть в будущее более точно. В статье, опубликованной в журнале Nature, они описывают модель, которая позволяет предвидеть ход эволюции вируса гриппа на основе анализа последовательности вирусного генома.
Михаэль Лэссиг и Марта Лукша попробовали предвидеть направление эволюции вируса А, следуя дарвиновскому принципу о выживании наиболее приспособленных.
Приспособленность вируса есть разумный баланс между изменчивостью и консерватизмом. Вирусный геном должен сохранять высокую частоту мутаций, чтобы избежать атаки иммунной системы человека. Но при этом мутации не должны нарушать основные функции вируса, например укладку белков оболочки. Изменения, которые постоянно происходят в вирусном геноме, делая его неузнаваемым для иммунной системы, затрагивают в основном поверхностный белок вирусной оболочки гемагглютинин . В нем есть антигенные участки, есть и консервативные районы.
Соответственно, антигенные участки должны мутировать, а консервативные — оставаться неизменными.
Последовательности РНК-штаммов, циркулировавших в последние десятилетия, а также их приспособленность и распространенность хорошо известны. Используя эти данные, можно предсказать частоту появления производных от каждого штамма и изменения последовательностей разных участков гемагглютинина. Исследователи разработали алгоритм расчетов и проверили свою модель, просчитав изменения вируса от 1994 до 2012 года. Кроме того, для каждого года они предложили оптимальный вакцинный штамм.
Сопоставление расчетных данных с реальными показало, что модель позволяет получать более точный результат, чем прогноз специалистов ВОЗ.
Как отмечают авторы модели, она отражает историю адаптации вируса гриппа А, ее можно использовать для оценки влияния вакцинации на эволюцию вируса. Модель может быть также полезна и для других быстро эволюционирующих патогенов. И конечно, исследователи надеются, что их метод позволит своевременно создавать хорошие вакцины. Однако прежде, чем принимать этот метод на вооружение, необходимо провести тщательную проверку с большим количеством факторов. Исследователи подчеркивают, что их модель позволяет делать прогнозы только на ближайший сезон, потому что ситуация меняется очень быстро.
Работу исследователей для «Газеты.Ru» прокомментировал Георгий Базыкин, ведущий научный сотрудник факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ и заведующий сектором молекулярной эволюции ИППИ РАН. Он занимается исследованиями в сходной области, о чем ранее рассказывал «Газете.Ru».
«Авторы ставят вопрос, имеющий большой практический смысл.
Дано: разнообразие вариантов гриппа, скажем, весной. Вопрос: какой из этих вариантов даст эпидемию следующей осенью?
Поскольку вакцину для использования в следующем году надо планировать заранее, вопрос непраздный.
Сейчас штаммы для вакцин выбирают консенсусом эксперты ВОЗ. Они смотрят на то, появились ли недавно новые опасные штаммы, насколько они широко распространились географически, насколько они отличаются от старых по антигенным свойствам. Лукша и Лэссиг предлагают этот процесс формализовать. Это не первая такая попытка, но, возможно, эта окажется успешнее предыдущих.
В чем новизна? Авторы добавляют к стандартным эпидемиологическим моделям данные про последовательности РНК.
Эволюция гриппа — это «выживание оригинальнейшего»: говоря приблизительно, тот вариант, который меньше всего похож на варианты, присутствовавшие в популяции раньше, и с которым меньше всего знаком иммунитет человечества, тот и имеет наибольшие шансы на успех.
Авторы строят на этих предположениях модель, которую потом и используют для прогнозов. Пока похоже, что их метод предсказывает будущую эволюцию вируса очень неплохо; в частности, он выбирает штаммы для вакцины точнее, чем это делает ВОЗ.
Как и любая модель, эта имеет ряд ограничений (например, они используют различия в РНК вместо иммунологических различий, что не совсем одно и то же). Вообще каждая модель настолько хороша, насколько хороши данные, использованные для ее построения. Модель не панацея.
Это как с прогнозом погоды: синоптики могут говорить, что завтра вероятность осадков нулевая, но, конечно, это не страхует от падения метеорита.
Аналогично их модель не сможет предсказать радикальное изменение режима эволюции вируса, например, из-за появления штамма с радикально новыми свойствами. Такие события мы предсказывать пока не умеем и, по-видимому, научимся не скоро».