Ученые уже на протяжении нескольких десятилетий знают о том, что вирус гриппа в организме человека может сильно отличаться от вирусов, выращенных в лаборатории. Умное повторение биологического инструмента дает исследователям новые сведения о том, как грипп остается таким непобедимым.
Вирусы гриппа различаются по форме и составу
В отличие от классических однородных, сферических вирусов, как они показаны в медицинской литературе, вирусы гриппа в чашке Петри у людей различаются по форме и составу, в частности, по количеству определенных белков, даже если они генетически очень похожи. Однако было сложно изучить точное количество и местоположение этих белков на любом отдельном вирусе.
Материалы и методы обследования
Метод в клеточной биологии предполагает включение флуоресцентного белка в необходимую область; свет делает эту область более легкой для визуализации и тщательного изучения. Но попытка присоединить флуоресцентные белки к молекулам, которые составляют вирус гриппа, похожа на попытку посадить третьего человека на велосипед: там просто нет места. Флуоресцентные белки примерно такого же размера, как и белки гриппа; введение такого относительно большого элемента выводит вирус из строя.
Чтобы преодолеть трудности с маркировкой, Майкл Вахи адаптировал метод, который обычно используется для маркировки определенной области белка, называемой, соответственно, “маркировкой конкретного сайта». Вместо использования флуоресцентного белка он вставлял последовательности длиной от 5 до 10 аминокислот в белки, которые составляют вирус гриппа A. Это самый распространенный вирус гриппа, а также самый опасный для человека.
После введения этих коротких последовательностей он вводил ферменты и небольшое количество флуоресцентных красителей. Эти ферменты принимают различные молекулы красителя и связывают их с сконструированными вирусными белками, предоставляя исследователям возможность видеть отдельные белки, или вирус, который они составляют.
Особый интерес для исследователей представляют белки гемагглютинина (НА) и нейраминидазы (NA). HA отвечает за прикрепление вируса гриппа к клетке, а NA отвечает за выход вируса из клетки, чтобы он мог продолжать заражать другие клетки. Вот откуда берутся обозначения, такие как H1N1 и H3N2, поверхность вируса имеет разные типы НА и NA, на которые ссылаются конкретные числа или подтипы. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Cell.
Результаты научной работы
В исследовании Майкла Вахи (Michael Vahey), сотрудника Школы инженерных наук и прикладных наук Университета Вашингтона в Сент-Луисе (School of Engineering & Applied Science at Washington University St. Louis) и Дэниела Флетчера (DanielA. Fletcher), сотрудника Калифорнийского университета в Беркли (University of California), показано, что белки вируса гриппа могут быть помечены с использованием другого метода. Существует разнообразие фенотипов гриппа, которые различны по форме и конфигурации и обнаружены в генетически идентичных частицах гриппа.
«При каких обстоятельствах вирус гриппа адаптируется и каким образом?» – спросил Вахи. «Это первый шаг к пониманию, но это не полная картина».
«Как только у нас появилась возможность маркировать отдельные вирусы, мы смогли имитировать и количественно определить, сколько каждого белка у них есть на одну частицу и каков размер этой частицы», – сказал Вахи.
Использование меток, ориентированных на сайты, преодолевает давнюю проблему в изучении вирусов гриппа. Теперь, когда они могли бы взглянуть более подробно, Вахи и Флетчер решили сделать это, применив эксперимент, который поможет им понять, может ли вариация, наблюдаемая в отдельных вирусах гриппа, быть адаптивной, помогая вирусу распространять инфекцию.
Исследователи изучали отдельные вирусы гриппа, высвобождаемые из клеток, некоторые из которых были обработаны веществом, которое блокирует NA от выполнения своей работы, высвобождая вирус из клетки. Если вирус не может высвободиться из клетки, он не может распространяться и размножаться.
Затем ученые сравнили вирусные частицы, которые могли отсоединиться от необработанных клеток до тех, которые были способны отсоединиться от клеток, обработанных ингибитором NA.
Вы наверняка слышали о птичьем гриппе и свином гриппе. Это означает, что данные типы гриппа являются зоонозами, они могут передаваться от одного животного к другому. Это говорит о гетерогенной природе вируса.
«Обычно рецептор, с которым вирус связывается, не идентичен, скажем, например, рецептор у птиц или у человека», – сказал Майкл Вахи, «но вирус гриппа связывается с рецепторами почти как липучка». «Есть много разных зацепок, чем больше их, тем труднее удалить вирус».
В случае гриппа «зацепками» являются молекулы гемагглютинина (HA). Возможно, что вариант вируса птичьего гриппа с большим количеством НА может успешно прикрепляться к человеческой клетке.
«Мы обнаружили, что вирусы, в которых больше NA, более устойчивы к ингибитору NA», – сказал Вахи.
С другой стороны, вирусы с большим количеством НА или более крупные могут сильнее связываться с клетками.
«В любом конкретном случае, возможно, было бы выгодно находиться где угодно в пределах этого диапазона», – сказал Вахи.
В более широком смысле Вахи сказал: «Если есть среда, которая быстро меняется с течением времени, можно положиться на генетическую адаптацию, в связи с этим могут быть некоторые проблемы, так как для накопления мутаций требуется определенное количество времени».
Но фенотипическое разнообразие порождает изменения, которые проявляются относительно быстро. Каждый раз, когда вирус реплицируется, следующее поколение отображает множество вариантов, некоторые из которых могут быть подходящими для среды, где вирус обустраивается.
Фенотип может помочь в разработке новых вакцин против гриппа. «Как правило, при разработке вакцины против гриппа мы обеспокоены тем, как генетические изменения в вирусе могут снизить эффективность вакцины», – сказал Вахи. «В связи с этим возникает вопрос, каким образом может повлиять вариация вирусного фенотипа».
Авторы другого исследования утверждают, что вакцинация от гриппа может снизить риск смерти у людей с сердечной недостаточностью.
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
