Вирус Зика стал смертельно опасным после появления единственной мутации

Китайские биологи показали, что способность вируса Зика поражать мышиные и человеческие клетки-предшественницы нейронов резко повысилась после возникновения единственной мутации в его геноме. В результате инфицирование вирусом стало приводить к более тяжелой форме микроцефалии у зародышей и более высокой смертности у новорожденных мышат. Исследование опубликовано в Science.

Вирус Зика впервые был обнаружен в 1947 году у макак резусов, обитавших в лесу Зика в Уганде. В последующие десятилетия в странах Африки и Юго-Восточной Азии было зафиксировано несколько случаев заражения вирусом людей. Тяжелых последствий болезнь не вызывала. Позднее исследователи выяснили, что вирус Зика циркулировал и в Африке, и в Юго-Восточной Азии в течение десятилетий, не вызывая никаких симптомов. После вспышек 2013-2014 годов во Французской Полинезии вирус быстро распространился в странах Центральной и Южной Америки. В начале 2016 года появились данные о том, что вирус Зика может вызывать микроцефалию у новорожденных, если их матери перенесли инфекцию во время беременности. Он поражает клетки-предшественницы нейронов головного мозга, вызывая их гибель.

Генетические исследования вируса показали, что сейчас можно выделить две его разновидности: африканскую и азиатскую. Вирус, который вызвал эпидемию в Южной Америке и на островах Тихого океана, по-видимому, произошел от азиатского предка. Авторы нового исследования задались вопросом, почему риск возникновения микроцефалии не распознали раньше, в те десятилетия, когда вирус циркулировал в Азии. Или в течением времени вирус мутировал и стал представлять серьезную опасность после возникновения каких-то мутаций?

Чтобы прояснить этот вопрос, ученые исследовали три культуры вирусов, выделенных в 2015-2016 годах и сравнили их с «родительским» азиатским вирусом, полученным в 2010 году в Камбодже. Исследователи вводили в мозг однодневных мышат разные культуры вируса Зика и наблюдали за последствиями.

Оказалось, что все три культуры 2015-2016 годов приводили животных к смерти в 100 процентах случаев. Вирус, выделенный в 2010 году, оказался менее инфективным — погибли только 16,7 процентов зараженных им мышат.

Затем исследователи решили выяснить, приводит ли заражение современными культурами вируса к микроцефалии. Они делали инъекции вирусных культур 2016 и 2010 годов мышиным эмбрионам, и через несколько дней смотрели, изменился ли у эмбрионов размер мозга. Оказалось, что инфицирование животных культурами вируса 2016 года приводило к микроцефалии, при этом сильно уменьшалась кора головного мозга. Вирус 2010 года тоже вызывал микроцефалию, но в меньших масштабах. Также исследователи выяснили, что вирус 2016 года «размножался» в мозге активнее, чем вирус 2010 года, и вызывал гибель бóльшей части клеток.

Тогда авторы статьи сравнили последовательности геномов современных вирусов и их азиатского вируса-предшественника. Они построили филогенетическое дерево вируса Зика за 2006-2016 годы и обнаружили несколько единичных мутаций, появившихся за это время. Затем исследователи сконструировали вирусы, несущие по одной мутации каждый, и заразили ими новорожденных мышат. Оказалось, что наиболее вирулентным был один из мутантов, с заменой аминокислоты серина на аспарагин в 139 положении цепи структурного белка prM. Обратная замена в мутантном вирусе — аспарагина на серин — приводила к уменьшению его инфективности и уменьшению смертности животных.

Ученые подтвердили эти результаты на культуре клеток-предшественниц нейронов, полученных из эмбриональных стволовых клеток человека. Также авторы работы показали на мышиных эмбрионах, что мутантный вирус Зика приводит к более тяжелой форме микроцефалии, чем вирус 2010 года, а обратная мутация уменьшает последствия заражения.

Согласно расчетам авторов исследования, азиатский вирус Зика «обзавелся» опасной мутацией в период с ноября 2012 до октября 2013 годов, незадолго до вспышки заболевания во Французской Полинезии. Затем эта же разновидность вируса распространилась в Южной и Центральной Америке.

Ранее корейскими и американскими учеными была создана экспериментальная вакцина против вируса Зика. В июне 2016 года управление по лекарствам и продуктам США (FDA) одобрило проведение клинических испытаний этой вакцины. А недавно исследователи использовали вирус Зика для лечения агрессивной раковой опухоли мозга — глиобластомы. Вирусные частицы заражают не здоровые клетки нервной ткани, а стволовые клетки опухоли. Поэтому использование ослабленного вируса в сочетании с химиотерапией позволило значительно уменьшить размеры глиобластомы.

Екатерина Русакова