Исследование, опубликованное в журнале Nature, представляет собой наиболее полный на сегодняшний день анализ эволюционных взаимоотношений вируса гриппа между различными видами хозяев с течением времени. В дополнение к анализу того, как вирус эволюционирует с разной скоростью у разных видов хозяев, исследование ставит под сомнение несколько общепринятых принципов — например, представление о том, что вирус перемещается в основном однонаправленно от диких птиц к домашним птицам, а не с вторичным распространением в других птицах. направление. Это также помогает определить происхождение вируса, вызвавшего беспрецедентно серьезную пандемию гриппа 1918 года.Новое исследование, вероятно, изменит то, как ученые и эксперты в области здравоохранения смотрят на историю вируса гриппа, как он изменился генетически с течением времени и как он перескакивал между разными видами хозяев.
Результаты могут иметь самые разные последствия — от оценки рисков для здоровья населения до разработки вакцин.«Теперь у нас есть действительно четкое генеалогическое древо этих вирусов у всех этих хозяев — включая птиц, людей, лошадей, свиней — и как только оно у вас есть, оно меняет картину того, как развивался этот вирус», — сказал Майкл Воробей, профессор экологии и эволюционной биологии в Университете Аризоны, который руководил исследованием вместе с Эндрю Рамбо, профессором Института эволюционной биологии Эдинбургского университета. «Подход, который мы разработали, работает намного лучше при разрешении истинной эволюции и истории, чем все, что использовалось ранее».
Уоробей объяснил, что «если вы не учитываете тот факт, что вирус развивается с разной скоростью у каждого вида хозяев, вы можете получить бессмысленные — бессмысленные результаты о том, когда и откуда возникли пандемические вирусы».«Как только вы правильно определите эволюционные деревья для этих вирусов, все встанет на свои места и станет более понятным», — сказал Уоробей, добавив, что исследование было начато за его кухонным столом.«Передо мной была распечатана пачка этих эволюционных деревьев, и я начал измерять длину ветвей пластиковой линейкой моей дочери, которая оказалась на столе. Вы можете видеть, что, как ветки на настоящем дереве, ветви на эволюционном дереве растут с разной скоростью у людей, лошадей и птиц.
И у меня возникла идея, что это будет важно для наших выводов общественного здравоохранения о том, откуда эти вирусы и как они развиваются ».«Мой давний соавтор Эндрю Рамбаут реализовал на компьютере то, что я делал с помощью пластиковой линейки. Мы разработали программное обеспечение, которое позволяет часам тикать с разной скоростью у разных видов хозяев.
Как только мы это получили, оно дает очень четкие и чистые результаты . "Команда проанализировала набор данных с более чем 80 000 последовательностей генов, представляющих глобальное разнообразие вируса гриппа А, и проанализировала их с помощью своего недавно разработанного подхода. Вирус гриппа A подразделяется на 17 так называемых подтипов HA — от H1 до H17 — и 10 подтипов NA, N1-N10. Они смешивают и сопоставляют, например H1N1, H7N9, с наибольшим разнообразием, наблюдаемым у птиц.Использование нового генеалогического древа вируса гриппа в качестве карты показало, какие виды к каким видам хозяев переместились и когда.
Выяснилось, что для нескольких из 8 сегментов его генома вирус птичьего гриппа не так древний, как это часто предполагается.«Мы обнаружили, что птичий вирус имеет чрезвычайно поверхностную историю большинства генов, не намного старше изобретения телефона», — пояснил Уоробей.
Исследовательская группа, в которую вошли аспирант UA Гуань-Чжу Хан и Эндрю Рамбо, профессор Эдинбургского университета, который также является аффилированным лицом с Национальным институтом здравоохранения США, обнаружила в данных сильную подпись, свидетельствующую о том, что с птицами произошло нечто революционное. вирус гриппа, большая часть его генетического разнообразия заменяется каким-либо новым вариантом в результате выборочного сканирования в чрезвычайно синхронном событии.По словам Вороби, выбор времени провокационный из-за корреляции этого внезапного сдвига в эволюции вируса гриппа с историческими событиями конца девятнадцатого века.
«В 1870-х годах огромная вспышка конского гриппа охватила Северную Америку, — сказал Уороби, — город за городом, город за городом, лошади заболели, и, возможно, пять процентов из них умерли. Половина Бостона сгорела во время вспышки, потому что там не было лошадей, чтобы тянуть насосные вагоны.
Здесь, на Западе, американская кавалерия сражалась с апачами пешком, потому что все лошади были больны. Это произошло в то время, когда лошадиные силы были фактически лошадиными силами. Вспышка конского гриппа потянула ковер из-под экономики ".По словам Уороби, недавно сгенерированные эволюционные деревья показывают глобальную замену генов в вирусе птичьего гриппа, точно совпадающую со вспышкой конского гриппа, которая, как показывают анализы, является наиболее близкой к вирусу птичьего гриппа.
«Интересно, что в предыдущей исследовательской работе, в которой анализировались старые газетные записи, сообщалось, что в дни после вспышки конского гриппа были неоднократные вспышки, описанные в то время как грипп, убивающий цыплят и других домашних птиц», — сказал Воробей. «Это еще одна неожиданная связь в истории, и есть вероятность, что они могут быть связаны, учитывая то, что мы видим в наших деревьях».Он добавил, что результаты эволюции не позволяют однозначно определить, перешел ли вирус с лошадей на птиц или наоборот, но между двумя видами вирусов явно существует тесная связь.Что касается людей, исследование проливает свет на давнюю загадку.
С момента пандемии гриппа 1918 года не удалось сузить географическое происхождение любого из генов пандемического вируса даже до одного полушария.«Наше исследование это меняет», — сказал Воробей. «Теперь ясно, что большая часть его генома перешла от птиц очень близко к 1918 году в Западном полушарии, и есть предположение, что это была, в частности, Северная Америка».Результаты также бросают вызов общепринятому мнению о диких птицах как о главном резервуаре вируса гриппа, откуда он переходит к домашним птицам и другим видам, включая человека.
Вместо этого генетическое разнообразие всего генофонда птичьего вируса у домашних и диких птиц часто, по-видимому, восходит к более ранним вспышкам вируса у домашних птиц, объяснил Уоробей.«Люди склонны думать о диких птицах как об источнике всего, но мы видим очень явное указание на распространение от домашних птиц к диким птицам», — сказал он. «Оказывается, животные, которых мы держим для еды и яиц, могут существенно влиять на разнообразие этих вирусов в дикой природе на протяжении десятилетий.
Это сюрприз».