Хората умират поради еволюцията. Около 30% от смъртните случаи по света могат да бъдат приписани на еволюцията на прости микроорганизми, започвайки с инфекциозни агенти, които ни атакуват през цялото време - вируси, гъбички и бактерии - и завършвайки с клетките на собственото ни тяло, промените в които понякога водят до рак.

Една от най-страшните инфекции е най-обикновеният грип. Всяка година то отнема около 250 хиляди живота, а в някои години и много повече. Най-голямата известна грипна епидемия беше известният испански грип от 1918 г., който уби няколко процента от населението на света.

Щам на грипния вирус

Като всеки биологичен обект, всеки вирус непрекъснато се променя в резултат на мутации, възникващи в неговия геном. Грипният вирус е един от вирусите, които се променят доста бързо. Една от причините е, че неговата генетична информация е кодирана от РНК молекули, а не от ДНК, като нашия геном; РНК е лесно променяща се молекула. Друга причина е, че вирусът непрекъснато подлежи на селекция: много от мутациите, възникващи в неговия геном, се оказват „полезни“ за него, позволявайки му да се предава по-ефективно, например между хората.

Поради натрупването на мутации, свойствата на грипния вирус постепенно се променят. Най-забележимият резултат от мутациите за нас са промените в антигенните свойства на вируса, тоест способността на клетките на нашата имунна система да разпознават даден щам. Такива постепенни промени се наричат ​​антигенен дрейф. Сега се смята, че по-голямата част от антигенния дрейф се случва в тропическите ширини, където грипът няма ясно изразени сезонни епидемии и остава на същото ниво в човешката популация през цялата година. Но в Северното и Южното полукълбо - съответно през декември-март и юни-октомври - всяка година възникват нови епидемии. Обикновено СЗО препоръчва нова формулировка на ваксината шест месеца преди ваксината действително да започне да се използва, тъй като нейният производствен цикъл е доста дълъг.

Еволюция на грипния вирус

В допълнение към постепенния антигенен дрейф, еволюцията на грипния вирус се характеризира и с антигенни промени - радикални промени в свойствата на вируса, които обикновено се свързват с пренареждане. Геномът на грипния вирус е записан в осем отделни сегмента, напомнящи донякъде на човешките хромозоми. Когато клетка гостоприемник е заразена едновременно с две вирусни частици от два различни щама, тези сегменти могат да се смесят и може да възникне нова вирусна частица с нови свойства, състояща се отчасти от сегменти от един родителски щам и отчасти от друг. Такива реасортантни щамове често се различават по свойства от родителските щамове и понякога водят до големи епидемии. Всички големи пандемии от 20-ти век, за които знаем - пандемиите от 50-те и 70-те години, както и, най-вероятно, испанският грип от 1918 г. - очевидно са били причинени от такива пренареждания, когато щамовете, идващи от различни видовеорганизми, например от птици, прасета, коне, се смесват и произвеждат нещо ново, което човешката имунна система не е срещала преди.

Прогноза за мутация на вируса

Предвидимо ли е развитието на грипа? В краткосрочен план – да. Скорошна научна работа показва, че можете частично да предвидите бъдещата еволюция на вируса, ако знаете за предишната му еволюция. Можете, както еволюционистите обичат да правят, да изградите еволюционно дърво. Освен това, в случай на обикновен грипен вирус А, той има много характерна форма: това е отделен ствол, от който излизат къси клони. Когато видите дърво с тази форма, почти винаги можете да сте сигурни, че имате работа с патоген. Има една линия, която е еволюционно успешна и се характеризира с бърза промяна, така че колективната имунна система на човечеството трябва постоянно да стреля по движеща се цел. Други линии се разклоняват от него и в крайна сметка изчезват. Независимо от това, известно разнообразие винаги съществува.

За да разберем поне грубо, гледайки разнообразието на текущата година, кой от щамовете, наблюдавани през тази година, ще доведе до епидемия през следващата година, трябва да разгледаме какви мутации различават щамовете един от друг. Ако вирусът е натрупал голям брой мутации в своите епитопи, тоест в тези места на повърхността (стърчащи) протеини, които са „видими“ за имунната система, тогава най-вероятно той ще бъде невидим за имунната система и следователно е вероятно да бъде ефективен. Напротив, ако е имал някакви мутации във вътрешните гени, тогава тези мутации най-вероятно са вредни - правят вируса по-малко адаптивен и такива линии ще изчезнат. Може да се строи математически модел, въз основа на броя на мутациите в епитопи и други места, което предсказва бъдещия еволюционен успех на вируса. Освен това е възможно да се проучи колко еволюционно успешен е бил даден вирусен щам досега и да се екстраполира това в бъдещето. Такива подходи имат ограничения; например те все още не отчитат взаимодействията между гените. Вирусът на грипа има 11 гена и всички те взаимодействат помежду си по доста сложен начин. Тези видове съображения все още обикновено се пропускат при правенето на прогнози, въпреки че различни групи, включително нашата, показаха, че те всъщност са важни. Те обаче са важни в краткосрочен план.

Предсказването на дългосрочната еволюция на вируса, включително антигенните промени, е много по-трудно. Като минимум за това трябва да се научим да разбираме кой от наблюдаваните в момента щамове ще произведе реасортант, който може да доведе до следващата сериозна епидемия. Изобщо не сме в състояние да правим такива прогнози, защото има много фактори, които допринасят. Тук е важно да се гледа с кого човек взаимодейства повече, важно е да се опитаме да предвидим кои щамове е по-вероятно да се „научат“ да се предават по-лесно от човек на човек.

Как възникват епидемиите

Епидемиите могат да бъдат причинени от щамове, които преди това са присъствали в популацията. Например настоящата епидемия от 2016 г. е причинена от грипен вирус, който за първи път е наблюдаван при хора през 2009 г. Най-сериозните епидемии обаче обикновено се причиняват от нови за хората щамове. За да се появи такава епидемия, трябва да се случат няколко неща. В някои животински видове, с които хората взаимодействат, трябва да се е появил вариант на патоген, способен да заразява хората; този вариант трябва да се предава на хората; накрая, като правило, той трябва да придобие допълнителни мутации, които му позволяват да заразява хората ефективно. Вероятността за всяко от тези събития е много трудна за оценка, така че не можем да прогнозираме епидемии предварително.

Свински грип H1N1

Тази година около две трети от всички случаи на грип са причинени от пандемичния щам на H1N1 от 2009 г., известен като свинския грип. Този вирус изглежда наистина е бил придобит от хората от прасета, въпреки че същото важи и за много други вируси: предаването от прасета е доста често срещан механизъм за появата на нови щамове при хората. Това, което прави H1N1/09 ​​специален, е неговият много интересен произход: някои от неговите сегменти идват от птичи грип, някои от свински грип, някои от нормален човешки H3N2, който е причинил всички инфекции досега. Топилният котел, където всички тези сегменти се срещнаха, бяха прасетата. Сега е ясно, че смъртността от H1N1/09 ​​​​е приблизително същата като от обикновения грип, от който страдахме всяка година преди (въпреки че има нюанси за това). Всъщност H1N1/09 ​​​​се превърна в сезонен грип тази година и може да бъде с нас още много години.

Универсална противогрипна ваксина

Има доста ефективна ваксина срещу грип. Но проблемът е, че той остарява през цялото време, тъй като всяка година вирусът се развива, променя антигенните си свойства и отново става непознат за нашата имунна система. В резултат на това ваксината трябва постоянно да се актуализира. Всяка година експерти от Световната здравна организация (СЗО) препоръчват на всички производители нов състав на така наречената тривалентна ваксина, като изброяват трите щама, които трябва да бъдат включени в нея. Тривалентната ваксина предпазва най-добре от тях. Въпреки че, разбира се, има кръстосан имунитет и той също ще защити добре срещу щамове, подобни по антигенни свойства на тези три щама. Въпреки това ни препоръчват всяка година да се ваксинираме срещу грип и това е правилно. Тазгодишната тривалентна ваксина включва H1N1/09, така че тези, които са се ваксинирали през есента, вероятно ще се възползват сега. Ваксинирането не гарантира, че няма да се разболеете, но намалява вероятността това да се случи.

Прогнозите за това как точно ще се развие грипът биха били по-малко уместни, ако се научим да правим универсална ваксина, която предпазва от всички щамове. Все още няма такава ваксина, въпреки че няколко кандидати са подложени на клинични изпитвания. Трудността е, че имунната система „види“ само онези повърхностни протеини на вируса (хемаглутинин и невраминидаза), които вирусът може лесно и безболезнено да промени. Следователно при ваксинацията е трудно да се обясни на имунната система към какво всъщност трябва да се насочи.

Изкуствен синтез на грипен щам

Имаше високопоставена работа от група в Холандия и група в Япония, където изследователи се опитаха ръчно да синтезират щам на птичи грип, който би бил способен да се предава между бозайници. Те успяха. Тяхната работа се смяташе за етично противоречива, защото всички се страхуваха, че синтезираният щам може да „избяга“ от лабораторията, че неговите гени не трябва да се споделят в отворен достъп, защото някой злонамерено ще може да синтезира това. Сега обаче знаем какви свойства може да притежава щамът на птичия грип, който може да се предава на хората.

Грипен вирус. Защо мутира?

Всеки шест от десет болни деца и четири от десет възрастни, регистрирани в клиниката, страдат от грип (ясно е, че тези данни далеч не са пълни: не всеки отива на лекар!). Не само това, грипът "подтиква" сърдечно-съдови и белодробни заболявания. Тежките увреждания на здравето на хората правят проблема изключително изострен.

Вирусите причиняват стотици заболявания при животни, растения и дори бактерии. Те представляват мнозинството инфекциозни заболяваниясъвременния човек и сред тях такива страховити като едра шарка, бяс и детски паралич.

Вирусът е много променлив и се адаптира към околната среда. Същността на тази променливост беше дешифрирана сравнително наскоро. „Връхната рокля“ на вируса – неговият „външен“ или по-точно „входен“ костюм – е изключително практична. Може да се нарече и "ловен" костюм: той е идеално пригоден за ловни клетки. Костюмът е "ушит" от два основни протеинови материала - хемаглутинини (с тяхна помощ вирусът се прикрепя към повърхността на клетката жертва) и невраминидази (чиито ензими премахват охраната на портите на крепостта, когато вирусът трябва да проникне в клетката и след това излезте от него).

Но тялото също се сблъсква с вируса „с дрехите си“: това е протеиновата обвивка, която е сферата на приложение на защитните сили. Веднага щом поне част от протеиновата обвивка на вируса се промени, произведените преди това антитела вече не са валидни.

Тогава защо грипният вирус мутира?
Съществуват две противоположни гледни точки относно характера на изменчивостта на грипния вирус.

Ето я и първата.

В лабораторни експерименти сензорни клеткизаразени с грипен вирус с различни невраминидази. В резултат на това получихме не само точни копия на оригиналните вируси, но и вируси с пренаредени фрагменти. Механизмът на такова пренареждане (рекомбинация) е повече или по-малко ясен.

Веригата на нуклеиновата киселина на грипния вирус се състои от осем отделни фрагмента. Всеки от тях се заменя относително лесно... Ако се промени фрагмент от нуклеинова киселина, веднага се променя съответният протеин във вирусната обвивка.

Но откъде идват тези нови фрагменти? Изглежда, че няма откъде да дойдат.

Този въпрос озадачи изследователите. Изглежда водеше до задънена улица. Докато не започнахме да изучаваме животински и птичи грип. Оказа се, че сред домашните и дивите животни циркулират вируси, напомнящи патогена на човешкия грип. Особено много от тях бяха изолирани от птици, включително мигриращи. Хибриди на грипни вируси различни видовеизолиран например от патици, в китовете е открит грипен вирус, подобен на човешкия.

Моля, обърнете внимание: птичите вируси съдържат всички видове невраминидази, които хората и другите бозайници имат. Например невраминидазата от вируси, циркулирали от 1933 до 1957 г., както и невраминидазата от така наречения „азиатски” грип, появил се след 1957 г.

Така възниква предположението: мутацията на грипния вирус е свързана с взаимоотношенията между организмите в природата и обмена на грипни вируси между хора и животни. Тази хипотеза се подкрепя и от факта, че варианти на циркулиращи в момента човешки грипни вируси са изолирани при хора и птици.

Все пак това не е нищо повече от предположение. Въпреки че при лабораторни експерименти се получават рекомбинации на човешки и животински вируси, никой не е наблюдавал подобни явления в природата. Не е ясно как новите варианти на вируса, ако възникнат при животни, могат да заразят хората. Ще са необходими много усилия, за да разберете.

Тази хипотеза изглежда логична, хармонична и следователно много привлекателна. Тя има много поддръжници. Други учени обаче смятат, че е невъзможно да се търсят причините за изменчивостта на грипа във взаимодействието с животинския свят. Да, хибриди на човешки и животински вируси могат да бъдат намерени в природата и в лабораторни епруветки. Но те не са жизнеспособни и не са толкова агресивни.

Привържениците на втората гледна точка се обръщат към човешкото тяло. Всеки търси там, където очаква да го намери. И което е най-изненадващо, той го намира! Специални изследвания потвърдиха: в кръвта на възрастните хора има антитела срещу патогени на грип, които циркулират от дълго време или все още не циркулират!

Но изследванията на китове, патици, прасета и много други представители на животинския свят изглежда ни убеждават, че един и същ грипен вирус (което означава неговата нуклеинова киселина - патогенният принцип) се намира в различни царства на живота?..

В допълнение към големите, забележими промени във външния вид на протеина на вируса (те са свързани с подмяната на един от фрагментите на наследствения апарат), от година на година се наблюдават и по-малко забележими, но прогресивни промени в хемаглутинините. Предложените от учените обяснения за този протеинов дрейф се тестват експериментално.

Ами истината? Тя, както обикновено, е някъде по средата. Щом на кръстовището съвременните наукиЩе бъде възможно да се издигне хармонична и хармонична сграда на добре обоснована теория за грипа, така че всички наблюдения ще придобият в съзнанието ни единственото истинско значение и ще заемат своето достойно място сред другите фактори. Най-вероятно крайните гледни точки също ще се сближат. Това се е случвало неведнъж, когато страстни търсачи на истината са спорели.

Повишаването на безопасността и продуктивността на селскостопанските животни е невъзможно без по-нататъшно подобряване на ветеринарните услуги за животновъдството. Сред ветеринарните дисциплини важно мястопринадлежи към вирусологията. Съвременният ветеринарен лекар трябва да познава не само клиничната и патологичната страна на заболяването, но и да има ясно разбиране за вирусите, техните свойства, лабораторни диагностични методи и характеристиките на постинфекциозния и постваксиналния имунитет.

Вирусите променят свойствата си както при естествени условия на възпроизвеждане, така и при експерименти. Наследствените промени в свойствата на вирусите могат да се основават на два процеса: 1) мутация, т.е. промяна в нуклеотидната последователност в определена част от генома на вируса, което води до фенотипно изразена промяна в свойството;

2) рекомбинация, т.е. обмен на генетичен материал между два вируса, които са близки, но се различават по наследствени свойства.

Мутация във вирусите

Мутацията е променливост, свързана с промени в самите гени. Може да има периодичен, спазматичен характер и да доведе до устойчиви промени в наследствените свойства на вирусите. Всички вирусни мутации се разделят на две групи:

· спонтанен;

· предизвикани;

В зависимост от степента си те се разделят на точкови и аберационни (промени, засягащи значителна част от генома). Точковите мутации се причиняват от замяната на единичен нуклеотид (за РНК вируси). Такива мутации понякога могат да се върнат, възстановявайки оригиналната структура на генома.

Въпреки това, мутационните промени могат да засегнат и по-големи участъци от молекули на нуклеинова киселина, т.е. няколко нуклеотида. В този случай делеции, вмъквания и движения (транслокации) на цели участъци и дори завъртания на участъци на 180° (така наречените инверсии), измествания на рамката за четене - по-големи пренареждания в структурата на нуклеиновите киселини и, следователно, нарушения на генетична информация също може да възникне.

Но точковите мутации не винаги водят до промяна във фенотипа. Има редица причини, поради които такива мутации може да не се появят. Една от тях е израждането на генетичния код. Кодът на протеиновия синтез е изроден, т.е. някои аминокиселини могат да бъдат кодирани от няколко триплета (кодони). Например, аминокиселината левцин може да бъде кодирана от шест триплета. Ето защо, ако в молекулата на РНК поради някакви влияния триплетът TsUU се замени с TsUC, TsUA с TsUG, тогава аминокиселината левцин все още ще бъде включена в молекулата на синтезирания протеин. Следователно нито структурата на протеина, нито неговите биологични свойства ще бъдат увредени.

Природата използва уникален език на синоними и, заменяйки един кодон с друг, влага в тях едно и също понятие (аминокиселина), като по този начин запазва естествената си структура и функция в синтезирания протеин.

Друг е въпросът, когато дадена аминокиселина е кодирана само от един триплет, например, синтезът на триптофан е кодиран само от един триплет UGG и няма заместител, т.е. синоним. В този случай в протеина е включена друга аминокиселина, която може да доведе до появата на мутантна черта.

Аберацията във фагите се причинява от делеции (загуба) на различен брой нуклеотиди, от една двойка до последователност, която определя една или повече функции на вируса. Както спонтанните, така и индуцираните мутации също се разделят на директни и обратни.

Мутациите могат да имат различни последствия. В някои случаи те водят до промени във фенотипните прояви при нормални условия. Например, размерът на плаките под агарово покритие се увеличава или намалява; невровирулентността се увеличава или намалява за определен животински вид; вирусът става по-чувствителен към действието на химиотерапевтично средство и др.

В други случаи мутацията е смъртоносна, защото нарушава синтеза или функцията на жизненоважен специфичен за вируса протеин, като вирусна полимераза.

В някои случаи мутациите са условно смъртоносни, тъй като специфичният за вируса протеин запазва функциите си при определени условия и губи тази способност при неразрешителни условия. Типичен примерТакива мутации са чувствителни към температура - ts-мутации, при които вирусът губи способността си да се възпроизвежда при повишени температури (39 - 42°C), запазвайки тази способност при нормални температури на растеж (36 - 37°C).

Морфологичните или структурните мутации могат да засягат размера на вириона, първичната структура на вирусните протеини, промените в гените, които определят ранните и късните специфични за вируса ензими, които осигуряват възпроизвеждането на вируса.

Според своя механизъм мутациите също могат да бъдат различни. В някои случаи се получава делеция, т.е. загуба на един или повече нуклеотиди, в други се получава вграждане на един или повече нуклеотиди, а в някои случаи и заместване на един нуклеотид с друг.

Мутациите могат да бъдат директни или обратни. Директните мутации променят фенотипа, а обратните мутации (реверсиите) го възстановяват. Възможни са истински реверсии, когато обратната мутация се появи заедно с първичното увреждане, и псевдореверсиите, ако мутацията се появи в друга част от дефектния ген (интрагенно потискане на мутация) или в друг ген (екстрагенно потискане на мутация). Реверсията не е рядко събитие, тъй като ревертантите обикновено са по-адаптирани към дадена клетъчна система. Следователно, когато се получават мутанти с желани свойства, например ваксинални щамове, трябва да се вземе предвид тяхното възможно връщане към дивия тип.

Вирусите се различават от другите представители на живия свят не само с малкия си размер, селективната способност за възпроизвеждане в живи клетки, структурните характеристики на наследственото вещество, но и със значителна променливост. Промените могат да засягат размер, форма, патогенност, антигенна структура, тъканен тропизъм, устойчивост на физични и химични влияния и други свойства на вирусите. Значението на причините, механизмите и характера на промяната е от голямо значение за получаване на необходимите ваксинни щамове на вируси, както и за разработване на ефективни мерки за борба с вирусните епизоотии, по време на които, както е известно, свойствата на вирусите могат значително да се променят. промяна на една от причините относително висока способноствирусите променят свойствата си е, че наследствената субстанция на тези микроорганизми е по-малко защитена от влияния на околната среда.

Мутацията на вирусите може да възникне в резултат на химични промени в цистроните или нарушение на последователността на тяхното местоположение в структурата на молекулата на вирусната нуклеинова киселина.

В зависимост от условията се разграничават естествената променливост на вирусите, наблюдавана при нормални условия на възпроизвеждане, и изкуствената, получена чрез множество специални пасажи или чрез излагане на вирусите на специални физични или химични фактори (мутагени).

В естествени условия изменчивостта не се проявява еднакво при всички вируси. Този симптом е най-силно изразен при грипния вирус. Панголин вирусът е обект на значителна променливост. Това се доказва от присъствието големи количестваварианти в различни видове на тези вируси и значителни промени в неговите антигенни свойства в края на почти всяка епизоотия.

Честота на мутациите и механизми на тяхното възникване

Мутациите на бактериофагите са изследвани много интензивно не само с цел генетичен анализ, но и за получаване на информация за свойствата на самите фаги. Честотата на поява на определени мутанти в потомството на фага варира в много широки граници: например някои мутанти се образуват с честота не повече от 10, докато други се появяват с честота 10 или по-висока. Неблагоприятният ефект от високия процент на мутация обикновено се компенсира от действието на селекцията. Например, мутантен фаг може да бъде изместен от див тип, който произвежда по-висок добив на фаг.

Високата честота на спонтанна поява обикновено е характерна за такива мутации, които могат да се появят на много места в един локус. В случаите, когато нормален признак съответства на функционалната форма на ген и мутантът се появява в резултат на някаква промяна във всяка точка на даден локус, честотата на мутациите в права посока ще бъде по-висока от честотата на обратните мутации, тъй като обратната мутациите трябва да доведат до възстановяване на нормалното състояние. Понякога ревертантите се оказват всъщност псевдоревертанти: това се случва или в резултат на промени в някой друг ген (супресорни мутации), или в резултат на промени в същия ген, които причиняват различна, но също активна форма на продукта.

В зрелите фагови частици честотата на спонтанните мутации е много ниска, но те могат да бъдат предизвикани от излагане на всякакви мутагенни фактори, като рентгенови или ултравиолетови лъчи, азотна киселина, хидроксиламин или алкилиращи агенти. Азотната киселина дезаминира нуклеотидните бази, а етилметилсулфонатът ги етилира. Хидроксиламинът превръща шитозин в урацил. При заразяване с модифицирани фаги, поради грешки, възникващи по време на репликацията на химически променена нуклеинова киселина, възникват мутации и потомството на фага, освободено от една бактерия, съдържа както нормални, така и мутантни частици. Въпреки това, както може да се очаква, когато фаг, съдържащ едноверижна ДНК, се третира с мутаген, се образува чист клонинг на мутанта.

Изследването на мутационния процес, който възниква по време на репродукцията на фаг, е от голямо пряко значение за анализа на развитието на фага. Нека първо разгледаме процеса на спонтанна мутация. В бактериална клетка, в която фагът е мутирал, се образуват както нормални, така и мутантни фаги. Броят на мутантните фагови частици, съдържащи се във фаговата популация, произлизаща от дадена единична бактериална клетка, очевидно се определя от естеството на възпроизвеждането на фага, тъй като нови гени могат да се формират само чрез репликация на вече съществуващи. Ако вероятността за дадена мутация е еднаква за всяка репликация, тогава броят на генерираните мутанти зависи от механизма на репликация. Например, ако всяко ново копие на ген се формира независимо от другите, тогава разпределението на мутантните копия в потомството на фага от различни заразени бактерии ще бъде произволно. Ако, напротив, всяко от получените копия се възпроизвежда на свой ред, тогава мутантните копия ще се появят в групи или клонове, състоящи се от мутантни „братя“.

Модификации, предизвикани от хоста

В допълнение към мутациите, бактериофагите претърпяват негенетични промени, в които клетката гостоприемник играе основна роля. Това явление се нарича модификации, предизвикани от гостоприемника. Значението на тези модификации за молекулярната биология е, че те демонстрират способността на вътреклетъчната среда да предизвиква промени в химическата структура на генетичния материал, който може да се използва за идентифициране на клетъчните линии, които синтезират ДНК. Подобни явления са открити за първи път върху фагова ДНК, но те са валидни и за всяка ДНК в бактериална клетка. Има също наблюдения, че това явление е вярно и за еукариотните клетки. В специални случаи може да има повече трудни ситуации. Понякога се наблюдава двустранно ограничаване на фага до два гостоприемника, но не е задължително.

Фаг, който е отхвърлен от клетките, може да се адсорбира върху тях и да инжектира своята ДНК. Част от последния обаче бързо се разрушава и репликацията не се осъществява. Разграждането на ДНК се причинява от специфични ендонуклеази (рестриктази или R-нуклеази), които са способни да разпознават специфични участъци от ДНК и да ги разцепват, ако не са били модифицирани под въздействието на М ензими. След това ДНК се разцепва от екзонуклеази на отделни нуклеотиди. Един бактериален щам може да има една или повече R-нуклеази и в същото време М-ензими, които защитават собствената ДНК на клетката. Предлага се удобна номенклатура за тези ензими. Според някои данни местата за разпознаване на R-нуклеаза не винаги съвпадат с местата на разцепване на ДНК; може би ензимът е способен да мигрира по веригата, преди да намери място, където ДНК ще претърпи разцепване.

Функционалната роля на индуцираните от гостоприемника модификации е неясна. Те са в състояние да защитят даден щам бактерии от масово унищожаване от фаги, растящи върху различни бактерии. В повече общ изгледролята на модификациите може да се определи като защита срещу навлизането на неприемлива чужда ДНК в бактериалната клетка и нейното последващо „присаждане“. Бактерия A, която отхвърля фаг, който се възпроизвежда върху щам B, също отхвърля ДНК на бактерия B, когато е въведена чрез конюгация или трансдукция.

 Съдържание на темата "Вирусология. Възпроизвеждане на вируси. Генетика на вируси.":
1. Вирусология. История на вирусологията. Чембърлан. Ru. Пастьор. Ивановски.
2. Размножаване на вируси. Възпроизвеждане на +РНК вируси. Пикорнавируси. Възпроизвеждане на пикорнавируси.
3. Тогавируси. Възпроизвеждане на тогавируси. Ретровируси. Възпроизвеждане на ретровируси.
4. Възпроизвеждане на -РНК вируси. Възпроизвеждане на вируси с двойноверижна РНК.
5. Възпроизвеждане на ДНК вируси. Репликативен цикъл на ДНК вируси. Възпроизвеждане на паповавируси. Възпроизвеждане на аденовируси.
6. Размножаване на херпесни вируси. Репликативен цикъл на херпесните вируси. Поксвируси. Възпроизвеждане на поксвируси.
7. Възпроизвеждане на вируса на хепатит В Цикъл на репликация на вируса на хепатит В.
8. Генетика на вирусите. Характеристики на вирусните популации. Генофонд на вирусни популации.

10. Генетични взаимодействия между вирусите. Рекомбинация и преразпределение на гени от вируси. Обмяна на геномни фрагменти с вируси. Антигенна промяна.

Нуклеинови киселини вирусиса обект на мутации, тоест внезапни наследствени промени. Същността на тези процеси се състои в нарушения на генетичния код под формата на промени в нуклеотидните последователности, техните делеции (делеции), вмъквания или пренареждания на нуклеотиди или двойки в едно- и двуверижни молекули на нуклеинова киселина. Тези нарушения могат да бъдат ограничени до отделни нуклеотиди или да се разпространят в по-големи области. Вирусите имат спонтанни и индуцирани мутации. Биологичното им значение може да бъде свързано с придобиването или загубата на патогенни свойства, както и с придобиването на свойства, които ги лишават от чувствителност към действието на защитните механизми на гостоприемника. Мутации, които напълно нарушават синтеза или функцията на жизненоважни протеини, водят до загуба на репродуктивна способност и иначе са известни като летални мутации. Те се основават на промени, които водят до появата на безсмислени кодони (с нарушаване на синтеза на протеиновата верига) или до появата на вмъквания или делеции (с дълбоки нарушения на генетичния код). Мутациите със загуба на способността за синтез на определен протеин или с нарушаване на неговите функции, които при определени условия могат да доведат до загуба на способността за възпроизвеждане, се наричат ​​условно летални.

Спонтанни мутации на вируси

Спонтанни мутациивъзникват под въздействието на различни природни мутагени и се срещат с честота 1:10-8 вирусни частици. Те могат да се наблюдават по-често при ретровирусите, което е свързано с по-висока честота на неуспехи в обратната транскрипция.

Индуцирани мутации на вируси

Индуцирани мутациипричинени от различни химични агенти и UV радиация (за ДНК вируси). Няма фундаментална разлика в пренареждането на генома, причинено от спонтанни или индуцирани мутации. Общоприето е, че използваните мутагени само увеличават честотата на спонтанните мутации. При класифицирането на вирусните мутации се използват два различни подхода: те се разделят по естеството на генотипните промени или по фенотипните промени, настъпили в резултат на мутациите. Изследването на промените в генотипа на вирусите рядко се извършва, тъй като това изисква подробно изследване на техните геноми. Фенотипните прояви на мутациите се изучават по-често, тъй като са по-достъпни за изследване.

Проява на вирусни мутации във фенотипа

Според фенотипните прояви вирусни мутациимогат да бъдат разделени на четири групи.

Мутации, които нямат фенотични прояви, не променят свойствата на вирусите и се откриват само със специален анализ.

Мутации, имащи фенотипна проява (например промяна в размера на плаките, образувани от вируси в клетъчната култура или термостабилността на вирусите). Мутациите, които повишават или намаляват патогенността, могат да бъдат разделени на точкови мутации (локализирани в отделни гени) и генни мутации (засягащи по-големи области от генома).

Грипният вирус е шампион по мутация
Всяка година между три и пет милиона души боледуват от тежка форма на грип, до 500 хиляди от които умират от самия грип или неговите усложнения (според Според СЗО). Грипните ваксини, разбира се, значително намаляват вероятността от заболяване. Въпреки това

За разлика от болести като морбили или туберкулоза, срещу които имунитетът се развива след първото боледуване или ваксинация и остава ефективен през целия живот, много хора се разболяват от грип почти всяка година.

Ефективността на имунитета се определя от това колко успешно имунната система разпознава и неутрализира източника на инфекция - вирус или бактерия. При първото заразяване или ваксиниране имунната система се научава да произвежда антитела – молекули, които се свързват с вирусни частици или бактерии и ги неутрализират. Веднъж произведени антитела, имунната система ги поддържа „в експлоатация“ до края на живота.

Следователно, ако човек се зарази отново със същата инфекция, имунната система се задейства и инфекцията бързо се неутрализира. Именно на този принцип работят ваксинациите срещу морбили, туберкулоза и други заболявания. Защо този механизъм се проваля при грипния вирус и защо трябва да се ваксинирате срещу грип всяка година отново?

Това се дължи на две причини. Първият е особеността на взаимодействието между нашата имунна система и вируса. Повърхността на частиците на грипния вирус е покрита с молекули на два протеина, наречени хемаглутинин (HA) и невраминидаза (NA) (вижте фигурата). Различни варианти на човешкия грип се класифицират според вида на тези протеини, например H1N1 (хемаглутинин тип 1, невраминидаза тип 1). Човешката имунна система е в състояние да произвежда антитела, които успешно се свързват с тези протеини. Проблемът е, че тези антитела са доста придирчиви. Дори малки промени в структурата на HA и NA водят до факта, че антителата губят способността да се свързват с тях и да неутрализират вируса.

От гледна точка на имунната система такива модифицирани версии на вече познат вирус изглеждат като напълно нови инфекции.

На второ място, вирусът идва на помощ с едно изключително полезно свойство (и вредно за нас) - способността бързо да се развива. Както всички други организми, грипният вирус е обект на случайни мутации. Това означава, че генетичната информация на потомствените вируси е малко по-различна от генетичната информация на родителските вируси. Така мутациите постоянно създават нови варианти на HA и NA протеините. Въпреки това, за разлика от висшите живи организми и много други вируси, грипът се променя много бързо:

За да натрупа толкова много мутации, колкото протеините на бозайниците се натрупват в продължение на милиони години, грипният вирус отнема само няколко години или дори месеци.

Така можем да наблюдаваме еволюцията на грипния вирус буквално в реално време.

Някои от грипните мутации водят до факта, че имунната система, „обучена“ на стария щам, разпознава мутиралия вирус по-лошо от немутиралия. Докато имунната система се бори ефективно с немутиралите вируси, мутантните вируси се размножават и заразяват все повече хора. Това е класическият процес на естествен подбор, открит от Чарлз Дарвин.

Селекцията се извършва от имунната система, която макар да ни защитава, без да искаме ни прави лоша услуга.

След известно време - обикновено две до три години - старият, немутирал щам (вирусен вариант) напълно изчезва и мутантният вирус става новият доминиращ щам. Имунната система на повечето хора се научава да се справя с новия щам и цикълът се повтаря. Тази „надпревара във въоръжаването“ между вируса и имунната система продължава от десетилетия.

Как да се преборим с грипа

Как да се борим с грипа в този случай? Има няколко начина да помогнем на имунната си система. Първо, антивирусни лекарства, като озелтамивир (известен под марката Tamiflu) или амантадин, са създадени, за да предотвратят възпроизвеждането на вируса вътре в клетките. За съжаление, вирусите развиват резистентност към такива лекарства с течение на времето чрез същия процес на мутация и естествен подбор:

По този начин почти всички вируси от подтип H1N1, циркулиращи през 2009 г., се оказаха резистентни към озелтамивир (Тамифлу).

Второ, учените се опитват да научат имунната система да разпознава по-малко летливите части на вируса (аз писах за това).

Трето, учените се опитват да предскажат кой щам на вируса ще бъде най-разпространен през следващата година. Ако се научим да правим това, можем да „преквалифицираме“ имунната си система според нуждите, като ваксинираме предварително срещу щама, който ще доминира през следващия сезон, и имунитетът ни ще има преднина в надпреварата във въоръжаването с вируса. всъщност,

Още днес Световната здравна организация актуализира състава на противогрипната ваксина на всеки шест месеца.

Понякога обаче – веднъж на няколко години – преобладаващият щам не е този, на базата на който е разработена ваксината; в този случай ваксинацията се оказва по-малко ефективна. Затова точното прогнозиране на щама, който ще бъде най-разпространен през следващата година, е една от важните задачи в борбата с грипа.

Нашата група (Джонатан Душоф, Джошуа Плоткин, Георги Базикин и Сергей Кряжимски) изучава еволюцията на грипния вирус и други организми от няколко години. Нашето сътрудничество започна в Принстънския университет в лабораторията на професор Саймън Левин, чиито аспиранти бяхме през годините. От самото начало ни интересуваше как практически въпроси(как най-ефективно да предскажем следващия доминиращ щам) и фундаментални въпроси на еволюцията, напр.

дали еволюцията на грипа е насочена или произволна.

Целта на последния ни съвместен проект беше да се определи връзката между мутациите, възникващи в различни части на HA и NA протеините. Въпросът е, че една и съща мутация в, да речем, HA протеина може да има много различни последствия за вируса в зависимост от това дали са настъпили мутации в други части на същия протеин. Например, мутация A позволява на вируса да стане „невидим“ за имунната система само когато е свързана с мутация B, докато всяка мутация сама по себе си е безполезна за вируса. Такива двойки мутации, наречени епистатични, могат да бъдат открити чрез анализиране на статистически модели в генетичните последователности на вируса. Това и направихме.

Такъв анализ стана възможен едва през последните години, когато цената на „секвенирането“, тоест идентифицирането на генетични последователности, спадна рязко.

Броят на генетичните последователности на вируса на грипа, регистрирани в базата данни, е нараснал повече от шест пъти през последните пет години и достига 150 хиляди. Това количество данни е достатъчно за откриване на епистатични двойки мутации, настъпили в грипния вирус през последните 100 години.

Оказва се, че броят на еписстатичните мутации при грипа е доста голям, т.е. очевидно само много специфични варианти на вируса, които придобиват необходимите комбинации от мутации, могат да избегнат атака от имунната система или да получат имунитет към антивирусно лекарство. Например имунитетът към лекарството озелтамивир се появи през 2009 г. само при вируси с поне три специфични мутации в NA протеина.

От практическа гледна точка фактът, че мутациите в грипния вирус са епистатични, ни позволява да се надяваме, че в близко бъдеще ще се научим да предвиждаме последващи мутации от предишни. Докато вирусът "сглоби" всички необходими мутации за успешна комбинация, ние ще можем да разработим нова ваксина срещу щам с цялата комбинация, която ще се разпространи само след няколко месеца или дори години.

За да се определи успехът на дадена мутация в комбинация с други, е необходимо да се разбере как точно се осъществява взаимодействието между мутациите

и как те, заедно и поотделно, влияят върху структурата на HA и NA протеините, както и да разберат как имунната система реагира на модифицирани версии на тези протеини. Тези въпроси сега се изследват активно, особено в групата на Джошуа Плоткин в Университета на Пенсилвания, с която ние активно си сътрудничим, както и други групи.

проблеми