Низкий уровень сборки дефектных вирусных частиц сделал грипп опаснее

Испанские ученые продемонстрировали корреляцию между низким уровнем сборки неполноценных вирусных частиц при заражении гриппом и тяжестью инфекции. Они описали одну из мутаций, которая снижает риск делеций вирусного генома, и показали, что варианты вирусов с этой мутацией гораздо более патогенны, чем другие. Это связано с тем, что иммунитет человека «учится» на неполноценных вирусных частицах, и если их нет, ему труднее побороть инфекцию. Уровень синтеза неполноценных вирусных частиц, таким образом, оказывается важным фактором для оценки патогенности вирусных вариантов, и ученые предлагают учитывать его при расчетах рисков эпидемий и пандемий гриппа. Исследование опубликовано в PLOS Pathogens.

Грипп — острое инфекционное вирусное заболевание дыхательных путей. Вирус гриппа относится к РНК-вирусам; на данный момент изучено более двух тысяч его вариантов. Антигенные свойства белков вириона (M1 и NP) определяют принадлежность вируса гриппа к роду А, В или С. Каждый род делится на подтипы (серотипы) в зависимости от состава поверхностных белков гемагглютинина и нейраминидазы.

По оценкам ВОЗ, во время сезонных эпидемий в мире ежегодно умирают от 250 до 500 тысяч человек, а в некоторые годы число смертей достигает миллиона. Группой риска являются пожилые люди старше 65 лет, дети до трех лет и пациенты, страдающие определенными заболеваниями, однако умирают от гриппа и взрослые здоровые люди.

Выявление признаков патогенности — одна из важных задач современной медицины, поскольку понимание того, насколько вирус опасен, дает возможность предсказать и заранее оценить развитие эпидемий и пандемий.

Вирулентность вируса зависит не только от его серотипа. Так, штамм AH1N1pdm09, вызвавший пандемию гриппа 2009 года, относится к тому же серотипу AH1N1, что и многие другие штаммы, гораздо менее вирулентные. Более того, среди разных вирусов этого же штамма разные представители также обладают разной вирулентностью. В предыдущей работе ученые выделяли этот штамм у человека, погибшего от гриппа, и у человека, перенесшего его без тяжелых последствий, и выяснили, что в лабораторных условиях эти группы действительно заражают клетки (культур человеческих клеток и организмов мышей) с разной степенью эффективности.

Известно, что на патогенность вируса влияют, в частности, мутации в генах полимеразы (PB1, PB2, PA), гемагглютинина и нейраминидазы, а также неструктурного белка NS1.

Ученые исследовали патогенность вируса рода А (Influenza A virus, IAV). Они проанализировали вирусные частицы в выборке людей, перенесших тяжелую форму такого гриппа, потребовавшей госпитализации, а также людей, умерших от этой инфекции. Выяснилось, что у вирусов, вызвавших тяжелый грипп или даже грипп с летальным исходом, часто встречалась одна и та же мутация в вирусной полимеразе PA (замена 529-ой аминокислоты белка, аспарагиновой кислоты, на аспарагин, D529N).

Оказалось, что наличие этой мутации в полимеразе обуславливает снижение производства так называемых «дефектных» вирусных частиц, которые при заражении вирусом гриппа всегда образуются в клетке в каком-то количестве. У таких дефектных частиц во фрагментах РНК (обычно в локусах PB2, PB1 или PA) имеется крупная делеция. Ученые выявили четкую корреляцию уменьшения количества дефектных вирусных частиц со степенью тяжести инфекции.­

Для того, чтобы вирус гриппа нормально функционировал, мог заражать клетки и размножаться внутри них, ему необходимо наличие всех или большей части его рабочих фрагментов РНК. Сборка дефектных вирусных частиц с неполным геномом ведет возникновению иммунного ответа организма — такой вирус не способен нормально заражать клетки, а, напротив, дает организму возможность отреагировать. В результате наличие неполноценных вирусных частиц приводит к тому, что иммунитет научается бороться именно с этим типом вируса. Снижение их количества, соответственно, снижает и шансы организма на скорое выздоровление.

Для того, чтобы проверить, насколько мутация D529N действительно влияет на производство дефектных частиц, ученые создали рекомбинантные вирусы с нарушениями в генах белков вирусного матрикса, которые приводят к значительному повышению синтеза дефектных частиц. Выяснилось, что дополнительное внесение мутации D529N в ген полимеразы действительно снижает скорость этого процесса.

Анализ клеточного ответа на инфекцию показал, что накопление антивирусных белков Mx и ISG56 демонстрирует четкую корреляцию с наличием этой мутации, и, соответственно, количеством дефектных вирусных частиц; чем меньше было частиц, тем меньше был и клеточный ответ. При этом мутация A221T в гене PB2 (другой ген полимеразы), также присутствующая в некоторых вариантах вируса, напротив, приводила к 27-кратному повышению количества дефектных вирусных частиц и усиленному клеточному ответу на инфекцию.

Ученые предлагают ввести уровень синтеза дефектных вирусных частиц как новый важный параметр оценки патогенности вирусов гриппа. Они также подчеркивают значимость дальнейших исследований, связанных с механизмом этого процесса.

А узнать, почему сезонный грипп может выступать защитником от пандемий, вы можете здесь.