Где мутирует вирус гриппа

Где мутирует вирус гриппа thumbnail

Вирус гриппа — чемпион мутации
Ежегодно тяжелую форму гриппа переносят от трех до пяти миллионов человек, до 500 тысяч из которых умирают от самого гриппа или его осложнений (по данным ВОЗ). Прививки от гриппа, конечно, существенно снижают вероятность заболеть. Однако

в отличие от таких болезней, как корь или туберкулез, иммунитет к которым вырабатывается после первого заболевания или прививки и остаётся эффективным в течение всей жизни, гриппом многие болеют практически каждый год.

Эффективность иммунитета определяется тем, насколько успешно иммунная система распознает и обезвреживает источник инфекции — вирус или бактерию. При первом заражении или прививке иммунная система учится вырабатывать антитела — молекулы, которые связываются с вирусными частицами или бактериями и обезвреживают их. Однажды выработав антитела, иммунная система оставляет их «на вооружении» до конца жизни.

Поэтому, если человек заражается той же самой инфекцией повторно, иммунитет срабатывает и инфекция быстро обезвреживается. Именно по такому принципу работают прививки против кори, туберкулёза и других заболеваний. Почему же этот механизм дает сбой с вирусом гриппа и прививаться от гриппа приходится каждый год заново?

Это связано с двумя причинами. Первая — это особенность взаимодействия между нашей иммунной системой и вирусом. Поверхность частиц вируса гриппа покрыта молекулами двух белков, называемых гемагглютинин (HA) и нейраминидаза (NA) (см. рисунок). По типу этих белков классифицируются различные варианты гриппа человека, например, H1N1 (гемагглютинин типа 1, нейраминидаза типа 1). Человеческая иммунная система умеет вырабатывать антитела, которые успешно связываются с этими белками. Проблема заключается в том, что эти антитела довольно «привередливы». Даже небольшие изменения в структуре HA и NA приводят к тому, что антитела теряют способность связываться с ними и обезвреживать вирус.

С точки зрения иммунной системы такие модифицированные варианты уже известного вируса выглядят как совершенно новые инфекции.

Во-вторых, на помощь вирусу приходит чрезвычайно полезное для него (и вредное для нас) свойство — способность быстро эволюционировать. Как и все другие организмы, вирус гриппа подвержен случайным мутациям. Это значит, что генетическая информация вирусов-потомков немного отличается от генетической информации вирусов-родителей. Таким образом, мутации постоянно создаются новые варианты белков HA и NA. Однако в отличие от высших живых организмов и от многих других вирусов грипп видоизменяется очень быстро:

чтобы накопить столько же мутаций, сколько белки млекопитающих накапливают за миллионы лет, вирусу гриппа требуется всего несколько лет или даже месяцев.

Таким образом, эволюцию вируса гриппа мы можем наблюдать буквально в реальном времени.

Некоторые из мутаций гриппа приводят к тому, что иммунная система, «натренированная» на старый штамм, распознаёт мутировавший вирус хуже, чем не мутировавший. В то время как иммунитет эффективно борется с немутировашими вирусами, вирусы-мутанты размножаются и заражают всё большее и большее количество людей. Это классический процесс естественного отбора, открытого Чарльзом Дарвином.

Отбор осуществляет иммунная система, которая, защищая нас, невольно оказывает нам медвежью услугу.

Через некоторое время — как правило, два-три года — старый, не мутировавший штамм (вариант вируса) полностью вымирает, а вирус-мутант становится новым доминирующим штаммом. Иммунная система большинства людей учится справляться и с новым штаммом, и цикл повторяется. Такая «гонка вооружений» между вирусом и иммунной системой продолжается десятилетиями.

Как бороться с гриппом

Как в таком случае бороться с гриппом? Есть несколько способов помочь нашей иммунной системе. Во-первых, создаются противовирусные препараты, например, озельтамивир (известный под торговой маркой «Тамифлю») или амантадин, которые препятствуют воспроизводству вируса внутри клеток. К сожалению, вирусы со временем вырабатывают устойчивость к таким препаратам посредством того же процесса мутаций и естественного отбора:

так, почти весь вирус подтипа H1N1, циркулировавший в 2009 году, оказался устойчив к озельтамивиру («Тамифлю»).

Во-вторых, ученые пытаются научить иммунную систему распознавать менее изменчивые части вируса (об этом писала «Газета.Ru»).

В-третьих, ученые пытаются предсказать, какой штамм вируса окажется наиболее распространенным в следующем году. Если мы научимся это делать, мы сможем «переобучать» нашу иммунную систему по мере необходимости, заранее делая прививку против того штамма, который будет преобладать в следующем сезоне, и наш иммунитет получит фору в гонке вооружений с вирусом. Собственно,

уже сегодня Всемирная организация здравоохранения обновляет состав вакцины от гриппа каждые полгода.

Однако иногда — раз в несколько лет — преобладающим оказывается не тот штамм, на основе которого разрабатывалась вакцина; в таком случае прививка оказывается менее эффективной. Поэтому точное предсказание штамма, который будет наиболее распространён в следующем году, является одной из важных задач борьбы с гриппом.

Наша группа (Джонатан Душофф, Джошуа Плоткин, Георгий Базыкин и Сергей Кряжимский) занимается изучением эволюции вируса гриппа и других организмов уже несколько лет. Наше сотрудничество началось в Принстонском университете в лаборатории профессора Саймона Левина, чьими аспирантами мы были в разные годы. Нас с самого начала интересовали как практические вопросы (как наиболее эффективно предсказать следующий преобладающий штамм), так и фундаментальные вопросы эволюции, например,

Читайте также:  Входные ворота при гриппе

является ли эволюция гриппа направленной или случайной.

Задачей нашего последнего совместного проекта было определить взаимосвязь между мутациями, происходящими в разных частях белков HA и NA. Дело в том, что одна и та же мутация, скажем, в белке HA может иметь очень разные последствия для вируса в зависимости от того, произошли ли мутации в других частях того же белка. Например, мутация А позволяет вирусу стать «невидимым» для иммунной системы только в паре с мутацией Б, в то время как каждая из мутаций сама по себе для вируса бесполезна. Обнаружить такие пары мутаций, называемых эпистатическими, можно, проанализировав статистические закономерности в генетических последовательностях вируса. Это мы и сделали в нашей последней работе.

Такой анализ стал возможен лишь в последние годы, когда резко упала стоимость «секвенирования», то есть выяснения генетических последовательностей.

Количество генетических последовательностей вируса гриппа, зарегистрированных в базе данных Influenza Virus Resource, за последние пять лет выросло более чем в шесть раз и достигает 150 тысяч. Такого количества данных достаточно, чтобы обнаружить эпистатические пары мутаций, которые произошли в вирусе гриппа за последние 100 лет.

Оказывается, количество эпистатических мутаций в гриппе достаточно велико, то есть избежать атаки иммунной системы или обрести невосприимчивость к антивирусному препарату могут, по всей видимости, лишь весьма специфические варианты вируса, которые обзаводятся необходимыми комбинациями мутаций. Например, невосприимчивость к препарату озельтамивир появилась в 2009-м году только у вирусов, обладающих как минимум тремя специфическими мутациями в белке NA.

С практической точки зрения тот факт, что мутации в вирусе гриппа эпистатические, позволяет надеяться, что в ближайшем будущем мы научимся предсказывать последующие мутации по предыдущим. Пока вирус «собирает» все необходимые мутации для успешной комбинации, мы сможем разработать новую вакцину против штамма, обладающего всей комбинацией, который распространится только через несколько месяцев или даже лет.

Чтобы определить успех той или иной мутации в сочетании с другими, необходимо понять, как именно происходит взаимодействие между мутациями

и как они, совместно и по отдельности, влияют на структуру белков HA и NA, а также разобраться, как иммунная система реагирует на модифицированные варианты этих белков. Эти вопросы сейчас активно исследуются, в особенности в группе Джошуа Плоткина в Университете Пенсильвании, с которой мы активно сотрудничаем, а также другими коллективами.

Источник

Все прекрасно знают, что к гриппу надо прививаться каждый год, так как каждый год к нам приходит новая его разновидность. Его изменчивость такова, что вакцины, сделанные в предыдущий период просто не работают в следующем.

Вирус гриппа

Своей не поддающейся контролю изменчивостью вирус гриппа обязан клеточной машине, которая следит за правильной пространственной укладкой белковых молекул под названием гемагглютинин. Вообще, гемагглютинин — это любое вещество, вызывающее гемагглютинацию, реакцию агглютинации эритроцитов крови.

Структура гемагглютинина вируса гриппа

В случае с вирусом гриппа гемагглютинин — это поверхностный белок, обеспечивающий способность вируса присоединяться к клетке-хозяину. Антитела к гемагглютинину обеспечивают основной иммунитет против вируса.

Гемагглютинин вируса гриппа представляет собой тример, построенный из двух различных по структуре участков: трехнитчатой закрученной в спираль конструкции из a-спиралей, отстоящей на 7,6 нм от мембраны, и глобулярного участка антипараллельной b-поверхности, которая содержит сайт связывания рецептора.

Что обеспечивает высокую изменчивость вируса гриппа?

Известно, что за это отвечают два процесса: антигенный дрейф и антигенный сдвиг.

Антигенный дрейф.

В виду изменчивости, заложенной механизмом эволюции, фермент, синтезирующий вирусную РНК, не имеет защиты от неизбежных ошибок, из-за чего, в свою очередь, у одного штамма вируса возникают точечные мутации генов гемагглютинина и нейраминидазы. Можно сказать, что эти мутации возникают непрерывно, но каждая следующая не сильно отличается от предыдущей. При этом, именно из-за непрерывности этого процесса, эти мутации накапливаются в таком огромном количестве, что препятствуют распознаванию вируса иммунной системой, а это влечёт за собой необходимость периодических изменений состава противогриппозных вакцин в соответствии с прогнозами о преобладающих штаммах возбудителя в следующем эпидемическом сезоне. Помимо того, что антигенный дрейф присущ всем типам вируса гриппа, он встречается и у многих других вирусов. При этом вирус В мутирует в разы медленнее, чем вирус А, но быстрее, чем вирус С.

Антигенный сдвиг.

Гораздо более опасное свойство вируса гриппа. Плюсом, если вообще можно так выразится, можно назвать лишь то, что это свойство является особенностью только гриппа А. Заключается это свойство в способности вируса поражать множество видов животных, а также большим разнообразием гемагглютинина и нейраминидазы. Так, вирусы В и С содержат по одному типу этих гликопротеинов, которые внутри вида отличаются лишь относительно небольшим числом точечных мутаций, что существенно упрощает поиск вакцин. У вируса А на сегодняшний день известно 18 типов гемагглютинина и 11 типов нейраминидазы. Именно в соответствии с ними штаммы этого возбудителя имеют дополнительную маркировку, например, А/H1N1, А/H3N2 и т. д. Сродство вируса к разным видам птиц и зверей, из-за чего они становятся его разносчиками, зависит от конкретного типа этих антигенов. Но не стоит забывать, что, теоретически, любая разновидность вируса представляет опасность для всех подверженных гриппу видов. Более вирулентные и патогенные штаммы, с которыми иммунитет людей справляется очень плохо, возникают именно при антигенном сдвиге. Когда в одном организме встречаются вирусы с разными типами гемагглютинина и нейраминидазы, вирусные частицы в процессе сборки, из-за сегментированной РНК, могут «обмениваться» ими, что рано или поздно и приводит к появлению новых более агрессивных штаммов.

Читайте также:  Через сколько поднимается температура после прививки от гриппа

В результате этого процесса образовалось большинство разновидностей вируса А, вызывавших пандемии, например, «азиатского гриппа» в 1957 году или «гонконгского гриппа» в 1968 году. Недавняя пандемия 2009 года была вызвана обменом генами между человеческим, свиным и птичьим штаммами вируса. Происхождение возбудителя наиболее смертоносной пандемии гриппа в истории человечества — печально известной «испанки» 1918–20 годов, унесшей жизни, по разным оценкам, от 50 до 100 миллионов человек — менее понятно, но, вероятно, суть кроется всё в том же антигенном сдвиге. Как считает большинство учёных, исследовавших данный штамм, он мог появиться в результате антигенного сдвига при рекомбинации как минимум двух штаммов птичьего гриппа. Хотя есть версия и антигенного дрейфа, при котором «удачный» набор мутаций придал птичьему вирусу высокое сродство к человеческому организму.

Прошлогоднее исследование показало, что несмотря на все ухищрения возбудителя гриппа, с помощью которых он пытается обманывать «иммунитет», восприимчивость к определенным его штаммам, в том числе «незнакомым», зависит от типа вируса, которым человек переболел впервые в своей жизни. Суть кроется в том, что все разновидности гемагглютинина по аминокислотному составу делятся на две большие группы. Первая группа включает Н1, Н2, Н5, Н6, Н8, Н9, Н11-13 и Н16-18, а вторая — Н3, Н4, Н7, Н10, Н14 и Н15. К вирусам с антигенами той группы, с которой человек столкнулся впервые в жизни, у него развивается определенная степень устойчивости: заболевание либо не разовьется, либо будет протекать с минимальным риском летального исхода. На сегодня достоверно известно, что преобладание различных штаммов в структуре эпидемий меняется раз в несколько десятилетий, а значит чувствительность человека к той или иной разновидности вируса можно предсказать по году его рождения.

А каково вирусу «жить» с такой изменчивостью?

Следует понимать , что белок – это довольно запутанный клубок аминокислот, в котором они взаимодействуют друг с другом, притягиваясь и отталкиваясь. Функция белка зависит именно от его пространственной формы: его аминокислоты должны так провзаимодействовать друг с другом, чтобы его форма позволяла связываться с рецепторами, расщеплять какие-то молекулы или, наоборот, соединять их и т. д.

В случае неконтролируемых мутаций чаще всего страдает именно пространственная укладка белковой молекулы, так, что работать белок уже не может. Для гемагглютинина вируса гриппа, это совершенно не исключение: постоянные изменения в гемагглютинине довольно часто приводят к тому, что он превращается в мусор.

Но в любой клетке есть особые белки, которые помогают другим белкам поддерживать форму. Эти белки называются шапероны, и они нужны как раз для того, чтобы белковая молекула, у которой не получается приобрести правильную пространственную конформацию, всё-таки свернулась правильно. Так, например, шапероны оказываются очень кстати, при тепловом стрессе, когда при заболевании температура тела человека повышается настолько, что белки теряют пространственную укладку из-за неподобающих условий среды. Напомню, что повышение температуры тела – это защитный механизм, который срабатывает именно для того, что белки вируса потеряли свою пространственную укладку, в то время как белки организма поддерживают свою форму благодаря шаперонам.

Модель шаперона

Для того, чтобы продемонстрировать взаимодействие клеточных шаперонов, в качестве инструмента решения проблем с вирусными белками, возникающих из-за сильной изменчивости, исследователи из Массачусетского технологического института поставили эксперименты с двумя типами клеток: в одних была сильно понижена активность одного из главных белков-шаперонов, в других, наоборот, шаперонов было больше, чем обычно. Те и другие клетки заражали вирусом гриппа и исследователи ждали, когда у вируса сменится не менее 200 поколений (учитывая огромную скорость размножения вирусов, ждать пришлось недолго).

Действительно, оказалось, что в клетках, где шапероны были особенно активны, вирус менялся быстрее, чем в обычных клетках, и уж точно быстрее, чем в клетках с выключенным главным шапероном. Иными словами, когда в клетке много белков, которые следят за пространственной укладкой других белков, вирус может позволить себе быть изменчивым. Больше всего у гриппа мутировали уже много раз упомянутый гемагглютинин, с помощью которого он взаимодействует с клетками, и фермент, который занимается копированием вирусного генома. Как было сказано выше, шапероны включаются в момент теплового стресса – и, очевидно, вирус со своими изменчивыми белками должен особенно хорошо себя чувствовать, когда клетке приходится терпеть температуру выше обычной.

То есть вирусы (скорее всего не только гриппа), судя по всему, научились использовать шаперонную машину в тех же целях, что и клетки организма. Если это так, то есть предположение, что если у нас получится каким-либо образом «отключить» вирус гриппа от клеточных шаперонов, то это позволить затормозить его стремительную эволюцию. В таком случае, возможно, нам не придется каждый год подбирать новую вакцину для очередной его разновидности.

Читайте также:  Мой друг заболел гриппом сочинение

__________

Ссылка на канал в Telegram, в котором я публикую и статьи из Дзен, но в основном то, что сюда не входит по тем или иным причинам, а также немного различной отсебятины.

Мы также начали работать над каналом в YouTube. Пока вы можете посмотреть лекции и просто интересные видео, которые мы выкладываем, а любые пожелания и предложения можете высылать на почту science.kitchen@yandex.ru.

С уважением, Д.

Источник

На улице сильно похолодало и заболеваемость ОРВИ сразу выросла. Это связано прежде всего со снижением иммунитета и ослабленностью слизистых оболочек верхних дыхательных путей. А скоро к ОРВИ добавится сезонное заболевание — ​грипп.

— Грипп является наиболее массовым инфекционным заболеванием. Он остаётся единственной инфекцией, которая периодически вызывает пандемии, охватываю­щие до 30% населения земного шара, — ​говорит врач Калужского областного Центра медицинской профилактики Лариса ЕРЁМИНА. — ​Грипп поражает все возрастные группы, но самая высокая заболеваемость ежегодно наблюдается у детей. Иногда во время эпидемий она в 3–4 раза превышает заболеваемость взрослого населения.

Встреча с вирусом

Основной путь передачи вируса от больного человека к здоровому — ​воздушно-капельный при кашле, чихании. Но возможно заражение и контактным путём при пользовании дверными ручками, перилами или предметами обихода, на которых могут остаться засохшие капельки слизи изо рта, носа заболевшего. Поэтому гигиенические советы по частому мытью рук и качественной уборке по-прежнему актуальны.

Проявляется грипп, так же как и другие ОРВИ: поражаются верхние дыхательные пути, повышается температура. Симптомы могут быть различной выраженности — ​от легкого недомогания до тяжёлой дыхательной недостаточности.

Типичное течение болезни в период эпидемии характеризуется:
высокой лихорадкой,
значительной слабостью,
болями в мышцах и суставах,
резким сухим кашлем.

Эпидемический грипп может принимать тяжёлое течение, независимо от возраста и состояния здоровья человека на момент заражения. Но все-таки к группе риска по развитию осложнений, которые требуют госпитализации, относятся дети от 6 месяцев до 2–3 лет, пожилые люди, а также пациенты, страдающие хроническими заболеваниями лёгких, сердца, иммунной системы, диабетом.

Опасность гриппа для маленьких детей связана с тем, что это их первая встреча с вирусом. Следовательно, организм маленького ребёнка еще не имеет специфических противогриппозных антител. Этот пробел восполняет прививка.

За последнее десятилетие создана вакцина, которую можно вводить маленьким детям, начиная с шестимесячного возраста. Это стало большим достижением в области иммунологии. Из-за того, что среди детей высокая заболеваемость, они являются основным источником этой инфекции для всех других возрастных групп. И там, где достаточно высокий уровень охвата детей вакцинацией, отмечается значительное снижение заболеваемости.

Мутации вируса

— Ежегодная вакцинация против гриппа включена в Национальный календарь прививок. Но из-за способности вируса гриппа к мутациям, нередко происходят отказы от прививок. У людей возникают сомнения, стоит ли прививаться, если штаммы вируса гриппа из года в год меняются. Но меняется и вакцина. Специалисты ВОЗ постоянно занимаются анализом ситуации и изготавливают вакцину из прогнозируемого на каждый год штамма. Но это не значит, что иммунные реакции на «старые» антигены организм забыл. Есть наблюдения, что ежегодные прививки против гриппа уменьшают число заболеваний даже другими респираторными инфекциями, в частности, RS — ​инфекцией, вызывающей у детей синдром бронхиальной обструкции. Но чаще мутации вируса настолько незначительные, что иммунная система привитого человека способна распознать мутированный вирус и быстро начать борьбу против него.

В результате инфекция либо не проявляется, либо протекает менее тяжело. Однако через 11–13 лет происходят большие мутации, когда вирусы гриппа меняются настолько сильно, что становятся неузнаваемыми для иммунной системы. Наиболее значительные изменения они претерпевают в организме животных. Появление новых вирусов от животных (птичий, свиной грипп) всегда связано с большей тяжестью заболевания и летальностью. Но, даже когда происходит большая мутация вируса, стоит делать прививки, ведь циркулирует всегда несколько разновидностей вируса.

Иммунитет формируется не сразу

— Современные вакцины для профилактики гриппа — неживые, содержат лишь отдельные компоненты вирусов. Обычно вакцинация против гриппа происходит осенью. Прививку можно делать и позже, но следует помнить, что иммунитет формируется не сразу, и первые 2–3 недели после прививки человек от гриппа ещё не защищён. Национальный календарь прививок рекомендует сделать прививку женщинам во втором или третьем триместре беременности. Случаев неблагоприятных последствий от этой прививки для будущего ребёнка не зарегистрировано, а вот перенесённый во время беременности грипп может негативно сказаться на здоровье малыша.

Побочные реакции

— На прививку возможны реакции в виде покраснения и болезненности в месте укола, а также развития общей реакции: небольшого повышения температуры, недомогания, озноба, болей в мышцах. Проходят они, как правило, в течение одного — ​двух дней и не требуют лечения.

Противопоказанием к проведению вакцинации против гриппа являются тяжёлые аллергические реакции на куриный белок и антибиотик неомицин.

Дополнительная прививка

— Наиболее характерным осложнением гриппа является воспаление лёгких, вызванное пневмококком. Пневмококковые пневмонии нередко сопровождаются острой дыхательной недостаточностью, особенно при несвоевременном обращении за медицинской помощью. У людей из группы риска неблагоприятные исходы наблюдаются в 30 раз чаще. Пневмококковые заболевания сами не проходят и требуют применения антибиотиков. Но в последние годы микроорганизмы стали устойчивы к обычным антибиотикам. Поэтому людям, имеющим хронические заболевания дыхательных путей, рекомендуется вместе с противогриппозной вакциной сделать вакцинацию против пневмококковой инфекции.

Источник