ВИЧ поймали на эволюции в сторону большей заразности
Американские биологи нашли следы действия естественного отбора на вирус иммунодефицита человека. Они выяснили, что более успешны в размножении те вирусы, которые накапливаются в крови в большем количестве, а значит и более заразны. Эту тенденцию ученые проследили в течение последних 10 лет, и от стратегии борьбы с ВИЧ она, судя по всему, не зависит. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Классическая теория эволюции предполагает, что естественный отбор действует на все организмы, которые способны размножаться. Поэтому можно предположить, что он мог бы действовать и на вирусы, позволяя одним из них размножаться успешнее, чем другим. Однако следы такого воздействия обнаружить довольно сложно.
Для таких исследований ВИЧ является очень удобной моделью, поскольку зараженных им людей довольно много, и они регулярно сдают анализы. Джоель Вартхайм (Joel Wertheim) из Калифорнийского университета вместе с коллегами собрал данные о 41409 пациентах, которые сдавали анализы крови для постановки диагноза.
У них измеряли количество вирусных частиц в крови до начала лечения. Это генетически детерминированный признак у ВИЧ, который влияет на заразность вируса — чем больше частиц, тем выше их шансы попасть в организм другого человека — и поэтому может подвергаться отбору.
Чтобы оценить успешность распространения вирусов, исследователи сравнивали у них последовательность гена обратной транскриптазы и выделяли генетические кластеры — группы пациентов, которые заражены одним и тем же или крайне похожими вирусами. Чем больше размер кластера, тем успешнее конкретный вирус.
Ученые обнаружили, что у тех пациентов, которые входят в состав генетических кластеров, концентрация вируса в крови достоверно выше (p < 0,001), чем у пациентов, которые не входят в кластеры. При этом у людей, которым диагноз поставили на более ранней стадии болезни, эта зависимость сильнее, чем у тех, кто получил его позже.
Затем авторы работы проверили, как количество вирусных частиц в крови при первичной постановке диагноза изменялось в течение последнего десятилетия. Они выяснили, что вирусная нагрузка на всех стадиях выросла (p < 0,001) с 2007 по 2016 годы. Например, на ранних стадиях болезни в 2007 году у пациентов находили в среднем 13020 частиц на миллилитр крови, а в 2016 — уже 22100.
Кроме того, ученые заметили, что количество вирусных частиц в крови зависит и от того, в какой степени пациент (а точнее, вирус, которым он инфицирован) включен в генетический кластер. То есть каждая дополнительная генетическая связь повышала вирусную нагрузку (p < 0,001).
Таким образом, исследователи обнаружили следы действия естественного отбора на ВИЧ. Более заразные вирусы, которые накапливаются в большем количестве в крови, встречаются у более крупных групп пациентов — то есть лучше распространяются в популяции. При этом с течением времени ВИЧ эволюционирует в сторону большей заразности.
Некоторые ученые полагают, что это может быть закономерным следствием стратегии «90-90-90» (90 процентов инфицированных людей получают диагноз, из них 90 процентов получают терапию, из них 90 процентов избавляются от вируса в крови) и что она может благоприятствовать развитию более заразных штаммов. Однако, судя по новым данным, тенденция к повышению заразности стабильная и не зависит от стратегии борьбы с инфекцией.
Недавно ученые выделили новый подтип ВИЧ — впервые за последние 20 лет. Также недавно появилась разработка биоразлагаемого имплантата, который мог бы избавить людей от необходимости постоянно принимать лекарства для борьбы с вирусом. Кроме того, ученые полностью очистили организм мышей от ВИЧ с помощью системы CRISPR/Cas9 и антиретровирусных препаратов, и первый в мире пациент уже получил отредактированные с помощью CRISPR/Cas9 клетки крови.
П
Для этого растению понадобилось 15 минут
Японские ученые отследили механизм работы белков семейства LAZY, занимающих ключевое место в восприятии силы тяжести растениями. В покое белки экспонированы на поверхности статолитов — органелл, имеющих высокую плотность и лежащих из-за этого в нижних частях клетки. Но наклон ростков резуховидки Таля приводил к тому, что статолиты перемещались в новые нижние участки клетки, оставляя отпечаток из белков LAZY. Белки, перенесенные с мембраны статолитов на цитоплазматическую мембрану, маркируют новое направление роста и изгиба корня. Исследование опубликовано в журнале Science. У корней большинства высших растений выражен гравитропизм, то есть движение в сторону источника силы тяжести. За гравитропизм корней отвечают клетки-статоциты, входящие в состав корневого чехлика. В них находятся органеллы статолиты — родственники хлоропластов, заполненные крахмалом и лежащие в нижней части клетки из-за более высокой, чем у цитоплазмы, плотности. Статолиты маркируют направление изгиба и роста корня, поскольку клетка экспортирует фитогормон ауксин в ту сторону, куда указывают органеллы, а ауксин вызывает растяжение клеток (по такому принципу поворачиваются растения подсолнечника в течение дня) и стимулирует их деление. Все эти детали были известны еще 50 лет назад, но механизмы, связывающие оседание статолитов и направление транспорта ауксина, за прошедшее время так и не были расшифрованы. Впрочем, было установлено, что белки семейств LAZY и RLD имеют отношение в гравитропизму, ведь корни растений, у которых выключены эти гены, перестают расти вниз. Молекулярные биологи и физиологи растений из нескольких университетов США и Японии при участии Миё Тэрао Морита (Miyo Terao Morita) из Национального института фундаментальной биологии в Окадзаки сосредоточились на изучении работы двух белков семейства LAZY — LZY3 и LZY4 — в корневом чехлике резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana). Анализ аминокислотной последовательности LZY3 и LZY4 показал, что у белков нет трансмембранного домена для заякоривания в мембране, зато есть гидрофобные и положительно заряженные участки для взаимодействия с фосфолипидами внутреннего слоя мембраны. Точечные мутации в этих участках белков нарушали гравитропизм у ростков резуховидки. Поскольку белок с таким строением неспособен прочно фиксироваться в мембране, но при этом критически важен для гравитропизма, то, предположили биологи, он может слабо прикрепляться попеременно к плазматической мембраной и к гликолипидам внешней мембраны статолитов. И действительно, LZY3 и LZY4 были обнаружены на поверхности обеих мембран. Далее ученые при помощи конфокальной микроскопии отследили, как меняется распределение LZY4 в живой клетке после наклона ростков на 90-135 градусов. Уже спустя три минуты статолиты оказывались в нижней части клетки. Через 15 минут обнаружились метки LZY4 на прилежащем участке плазмалеммы, а первые признаки изменения формы корня появились через полчаса с начала эксперимента. Помимо воздействия гравитацией, ученые подвигали амилопласты внутри живых клеток при помощи оптического пинцета, чтобы исключить, что полярность клетки управляется какими-либо другими органеллами, имеющими высокую плотность. Как и в эксперименте с наклоном ростка, через несколько минут флуоресцентная метка, пришитая к LZY4, переходила с пластид на плазматическую мембрану. После оседания LZY на мембране с ним связывались белки семейства RLD, которые, в свою очередь, привлекают на мембрану белки-экспортеры ауксина. Таким образом, японские ученые описали еще один механизм механорецепции живыми организмами. По словам авторов статьи, принцип работы LAZY-зависимых сенсоров, чувствующих направление силы притяжения, но не ее величину, похож на работу «аналогового» инклинометра. Человеческие же проприорецепторы, полукружные канальцы и отолитовые органы работают как акселерометры, детектирующие линейное или угловое ускорение при движении головы, внутренних органов или мышц. Подробнее о принципе их работы можно прочитать в нашем материале «Премия за самочувствие». Градиент ауксина в корне влияет на только на его рост в физиологических условиях, но и, к примеру, на заживление ран.