Вирусы. Драйверы эволюции. Друзья или враги?

Теперь ученые могли непосредственно сравнить антигенную и генетическую эволюцию вируса штамма H3N2. Результат был поразительным. Существует универсальное соответствие антигенных кластеров и генетических карт, но генетические изменения, то есть эволюция нуклеотидных последовательностей, происходит постепенно и градуально, а антигенная эволюция происходит точечными скачками. Внутри каждого антигенного кластера может произойти существенная эволюция последовательностей, которая остается немой на уровне антигенов. Таким образом, эволюция последовательностей происходит равномерно и непрерывно, но сопровождается едва заметными фенотипическими изменениями. С другой стороны, некоторые антигенные кластеры отличаются друг от друга единичной мутацией, которая произвела глубокий фенотипический эффект. Скорость эволюции между кластерами оказалась выше, чем внутри каждого кластера; быстрее всего антигенная эволюция осуществляется при переходе от одного кластера к другому.

После того как была опубликована эта пионерская работа, были проведены и другие исследования эволюции H3N2 в годы эпидемий и в промежутках между ними, но также в контексте географических и эпидемиологических данных (Holmes et al., 2005; Nelson et al., 2006). Анализ H3N2, циркулирующего во время локальных эпидемий, позволил обнаружить, что множество групп последовательностей обычно циркулирует во время каждого эпидемического сезона. Еще одна сложность проявляется в том, что эти совместно циркулирующие группы обычно обмениваются между собой генетической информацией, что создает основу для генетического разнообразия внутри циркулирующей популяции вирусов гриппа. Этот феномен, когда включается перемещение информации между разными подтипами вируса, отвечает за антигенный сдвиг и порождает пандемические штаммы вируса. Теперь стало понятно, что это весьма распространенный феномен, способствующий эволюции сезонных вирусов гриппа во время эпидемии. Такое внутритипическое перемещение сочетается с повышением скорости замен аминокислот в продуктах вирусных генов (Holmes et al., 2005; Neverov et al., 2014). Точный геномный фон каждого сегментного гена вируса гриппа влияет на его приспособленность. Генные сегменты одного вируса находятся под давлением отбора, который приводит к эволюционной коадаптации для достижения оптимальной приспособленности вируса. Нарушение хорошо адаптированного геномного состава путем блочного перемещения информации, таким образом, создает мощное давление, приводящее к коадаптации и ускорению эволюционных изменений. Это хорошо видно в передаче генетической информации между подтипами, которая является ключевым фактором быстрой эволюции, наблюдающейся в геномах возникающих пандемических штаммов вируса гриппа.

Зарождение сезонных эпидемий

Восточную и Юго-Восточную Азию считают «кузницей» вируса гриппа человека и эпицентром возникновения эпидемий гриппа. Точная природа событий, приводящих к распространению ежегодных эпидемий гриппа на местности с умеренным климатом в Северном и Южном полушариях, оставалась не вполне ясной. Зарождаются ли сезонные эпидемии локально, запуская следующую эпидемию, или ежегодные эпидемии возникают в субтропической Азии, а затем оттуда распространяются на другие географические ареалы? Недавно на этот вопрос был получен ответ, во всяком случае для вируса H3N2. Ученые предприняли антигенный и генетический анализ 13000 подтипов вируса A (H3N2) с шести континентов за пятилетний период между 2002 и 2007 годами (Russell et al., 2008). Полученные данные показали, что грипп циркулирует в Восточной и Юго-Восточной Азии в течение всего года в виде перекрывающихся по времени эпидемий. Это ведьмино варево сеет ежегодные эпидемии гриппа во всех остальных регионах мира. Это имеет большое значение для наших взглядов на эволюцию вируса гриппа. Если ежегодные эпидемии всякий раз зарождаются в Восточной или Юго-Восточной Азии, то отсюда следует, что эволюция вируса гриппа за пределами своей азиатской колыбели во время эпидемий не окажет влияния на долгосрочную эволюцию этого вируса. Все генетические инновации, имеющие долгосрочные последствия для линий вируса, ограничены эпидемиями в восточном регионе. Остается неясным, в какой степени обе – генетическая и антигенная – эволюции гриппозного генома внутри региональной сезонной эпидемии могут иметь значение для патогенеза заболевания. Возможно ли, что в некоторых условиях сезонная эпидемия может возникнуть из предыдущей и локально? Представляется, однако, что в типичных случаях механизм возникновения ежегодных эпидемий H3N2 возвращает нас к источнику вируса в Юго-Восточной Азии. Это напоминает о важности постоянного наблюдения за вирусами гриппа, циркулирующими в этом регионе, потому что тогда мы сможем с определенной степенью уверенности предсказывать, насколько скоро они посетят наши родные пределы.