Вирусы. Драйверы эволюции. Друзья или враги?

Независимые эволюционные траектории генов антигенов в организмах разных хозяев являются мощным источником генетического разнообразия вируса гриппа. Подтипы гемагглютинина или нейраминидазы, которые, соединяясь, приводят к образованию нового пандемического вируса, не являются равноправными; они могут иметь разную эволюционную историю и играть важную роль в возникновении успешных генетических линий вируса гриппа. Вместе с внутривидовым перемещением генных сегментов эти эволюционные процессы могут создавать антигенную анонимность возникающего вируса и определенно являются основными факторами эволюции пандемического штамма. С другой стороны, Холмс и его коллеги (2005) изучали группы вируса H3N2 и пришли к выводу, что внутритиповые перемещения между совместно циркулирующими таксонами тоже вносят существенный вклад в генетическое разнообразие вируса. В ходе сходного анализа ученые изучили полные исторические последовательности геномов человеческого вируса H1N1, прямого потомка вируса испанки 1918 года, за период с 1918 по 2006 год для того, чтобы во всех деталях прояснить ход независимой эволюции (и, следовательно, филогенетическую историю) каждого генного сегмента (Nelson et al., 2008). Авторы построили филогенетическое дерево на основании дивергенции нуклеотидных и аминокислотных последовательностей каждого из вирусных генов. Так же как в случае H3N2, наблюдали перемещения между генетически разошедшимися таксонами вируса H1N1. Это было очевидно, потому что генетические деревья, построенные для каждого из различных генных сегментов, различались между собой. Эти деревья не были конгруэнтны, но составляли обширную разветвленную сеть. В течение шестидесяти восьми лет разделенных географически и во времени сезонных эпидемий гриппа штаммы вируса H1N1 постоянно подвергались перемещению в непрерывных циклах эволюционной оптимизации, а не постепенным изменениям, которые шаг за шагом приводили к созданию «команды мечты», чья тактика значительно отличается от тактики соперников.

Эта работа проливает свет на потенциал генетических изменений, происходящих между пандемиями, помимо антигенных сдвигов, и приводящих к необычным перемещениям, вызывающим изменения патогенности вируса. Одно из таких внутритиповых перемещений в геноме вируса H1N1 произошло в 1947 году: созданная в том году вакцина оказалась неэффективной, но вирусные подтипы остались неизменными; последовала тяжелая эпидемия вируса H1N1 (Kilbourne, 2006). Анализ нового штамма позволил выявить, что значительно изменился сегмент гена гемагглютинина. Последующих антигенных изменений оказалось достаточно для того, чтобы дать вирусу гриппа значительные преимущества. Другие тяжелые эпидемии, случавшиеся между пандемиями, такие, например, как эпидемии 1950–51 года, также были, возможно, связаны с внутритиповыми перемещениями генных сегментов. Геном вируса гриппа представляет собой сумму восьми генных сегментов, а не просто набор гликопротеинов оболочки. Эта команда генов должна быть очень сыгранной для того, чтобы конечный исход оказался оптимальным для вирусного генома. Это утверждение можно проиллюстрировать проведенными лабораторными экспериментами по реконструкции вирулентного вируса испанки 1918 года (см. главу 11). Только вирусы, реконструированные из всех восьми исходных генных сегментов вируса, при соединении формировали вирус с ожидаемой вирулентностью предкового вируса; ни одна другая комбинация восьми генных сегментов не позволяла этого добиться. Таким образом, команду мечты может создать уникальное сочетание генов; основа такой оптимальной комбинации остается для нас неясной. Мы не знаем доподлинно, что вирусы гриппа изменяют свои генные линии для оптимизации игры своей команды. Случайные события, мутационные изменения и хаотичные обмены генных сегментов создают условия, при которых грипп может – с беспрецедентным успехом – эмпирически проверить все возможные комбинации каждого игрока команды. Наиболее успешные генетические линии возникают в результате деятельности замечательного эволюционного поисковика, встроенного в генетическую программу вируса гриппа.

Глава 6 Альтернативная жизнь вирусов