Согласно преобладающему научному мнению, если бы исходный штамм SARS-CoV-2 остался неизменным, пандемия COVID-19 давно бы закончилась. Вместо этого возбудитель несколько раз менялся, что приводило к появлению более заразных штаммов. Мутации являются основным механизмом, который подталкивает вирусы к эволюции.
После 10 лет кропотливых исследований ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего нашли подтверждение того, как эволюционируют вирусы и заражаемые ими носители. Получается, что в обоих случаях механизмы совершенно разные.
Команда проф. Анимеша Гупти, ранее работавшая в Калифорнийском университете в Сан-Диего (теперь Generate Biomedicines Inc.), провела серию экспериментов, чтобы выявить изменения, которые претерпевают вирусы и хозяева в их продолжающейся борьбе за выживание. Результаты опубликованы в журнале eLife.
Профессор Джастин Мейер из команды Гупти говорит:
Это танец вперед и назад для адаптации и устойчивости. Сначала вирус мутирует и увеличивает давление на бактерии, затем бактерия отвечает эволюционным сопротивлением, и вирус вводит новшества, чтобы преодолеть сопротивление. Вирусы, способные к инновациям в эволюционно-генетическом смысле, появляются гораздо чаще и быстрее, чем ожидалось, из-за этой постоянной эволюционной гонки вооружений.
Вирусы на пути эволюции
Со времен Дарвина нам известно, что в борьбе за выживание виды развивают новые функции, чтобы приспособиться к новым экологическим вызовам. Многие из них основаны на эволюции одного изолированного организма. Однако виды не висят в вакууме. До сих пор мало что было известно о том, как эволюция одного вида влияет на эволюцию другого (коэволюция).
Когда проф. Гупти и Мейер начали исследовать эту концепцию десять лет назад, когда еще не было технологии, позволяющей адекватно измерить скорость коэволюции, ученые использовали совершенно новую технологию редактирования генов и фенотипирования, которая позволила им точно измерить, как бактериофаги (вирусы, поражающие бактерии) изменяются в ответ на эволюцию их хозяев (бактерий кишечной палочки). Благодаря ему ученые смогли отследить взаимодействие между мутациями.
Проф. Мейер добавляет:
Объединив несколько технологий, включая инженерию генома с секвенированием нового поколения, что позволило нам подсчитывать мутации, мы смогли измерить, как они конкурируют друг с другом. Мы смогли увидеть изменения во время коэволюции и стать свидетелями того, что привело к новым мутациям.
Как выяснилось? Почти каждый генотип вируса зависел от того, какой хозяин он заражал. Ученые пришли к выводу, что в контексте коэволюции следует использовать не статичный термин «пейзаж», а более динамичный термин, используемый в контексте моря — морской пейзаж.
Проф. Мейер заключает:
Это исследование предоставляет прямые доказательства роли коэволюции в продвижении эволюционной новизны и обеспечивает количественную основу для прогнозирования эволюции в совместно эволюционирующих экологических сообществах. Наши исследования показывают, что здоровье паразита зависит от сложных генетических взаимодействий внутри его собственного генома и с геномом сотрудничающих с ним хозяев. Эти взаимозависимости приводят к весьма условной эволюции.
Эта работа может обеспечить лучшее понимание динамических вирусов, таких как вирус гриппа и SARS-CoV-2, и разработку более эффективных методов их лечения.
