Медицина будущего. Геном. Что это такое и зачем его расшифровывать?
Sadržaj:
Evolucija je obično vrlo spora, proces promjene koji traje tisuće ili milijune godina.
Ali za gripu evolucija je brza i smrtonosna. Virusi gripe brzo se mijenjaju kako bi izbjegli tjelesnu obranu. Svakih nekoliko godina pojavljuju se nove varijante gripe i uzrokuju epidemije širom svijeta.
Kontroliranje širenja gripe znači bavljenje ovom evolucijom. Svake godine, stručnjaci Svjetske zdravstvene organizacije (WHO) moraju najbolje pogoditi kako će se virus mijenjati kako bi odabrali koji će se virus gripe uključiti u godišnje cjepivo.
Taj je posao težak i neizvjestan, a pogreške imaju stvarne posljedice. Širom svijeta, gripa svake godine zarazi nekoliko milijuna ljudi i uzrokuje stotine tisuća smrti. U godinama kada predviđanja promašuju ocjenu i kada je vakcina protiv gripe vrlo različita od sojeva koji cirkuliraju, više ljudi je podložno infekcijama.
U posljednjih nekoliko godina, napredak u sekvenciranju genoma počeo je rasvjetljavati početke virusne evolucije, duboko unutar pojedinačnih infekcija. Pitali smo se može li nam ta informacija za gripu dati rani uvid u buduće globalne evolucijske trendove.
Što nam infekcija gripe jedne osobe može reći o tome kako se virus mijenja širom svijeta? Kako se ispostavilo, iznenađujuća količina.
Tražite duboko unutar infekcije
Svaki korak u evoluciji gripe počinje pogreškom. Kako se virusi kopiraju unutar zaražene osobe, ponekad mutiraju, stvarajući male promjene u svom genetskom nacrtu.
Većina mutacija je štetna za virus jer lomi stroj koji mu je potreban da bi funkcionirao. Ali svaki put mutant virus preživi, pa čak i uspijeva. Virusi igraju konstantnu igru mačke i miša s ljudskim imunološkim sustavom. Ponekad, mutantni virus može biti dovoljno različit da bi izbjegao tjelesnu notu.
Mutantni virus s ovom vrstom prednosti može se brzo razmnožiti i postati dominantan u infekciji. Na kraju, može se čak i širiti od osobe do osobe, a odatle se početi širiti svijetom.
Nedavno je postalo lakše pratiti kako se virusi mijenjaju unutar ljudskog tijela. Isti napredak koji ga je učinio jeftinim i lakim za slijeđenje ljudskih genoma mijenjaju način na koji proučavamo viruse. Za troškove sekvenciranja jednog ljudskog genoma, možemo slijediti tisuće virusa iz cijele infekcije kako bismo pratili nove mutacije kako nastaju.
Ove mutacije mogu nam pokazati kako virus reagira na izazovna okruženja unutar ljudskog tijela. Za HIV, gdje infekcije često traju već godinama ili čak desetljećima, evolucija može biti značajna, čak i unutar jedne osobe. Konkretno, virusi često razvijaju otpornost na lijekove kao odgovor na antivirusno liječenje.
Praćenje evolucije gripe u 4 duge infekcije
Nedavno smo pratili evoluciju virusa kod četiri bolesnika s rakom koji su imali nekoliko mjeseci infekcije gripom. Većina infekcija gripom traje oko tjedan dana, što ograničava količinu promjena koje se mogu dogoditi. No, u bolesnika sa slabim imunološkim sustavom, infekcije mogu trajati dugo vremena, s ozbiljnim učincima.
Kako se gripa u tim dugim infekcijama promijenila? Odredivši viruse iz različitih vremena tijekom infekcije i uspoređujući njihove genome, uspjeli smo identificirati nove mutacije i pratiti njihove sudbine.
Evolucija je djelovala u nekoliko tjedana. Jedan jasan primjer bio je otpor prema Tamifluu. Pacijenti koje smo proučavali uzimali su lijek kako bi kontrolirali svoje infekcije. No, kao iu prethodnim studijama, virusi koji su nosili mutacije rezistencije na lijek na kraju su se pojavili. Ove mutacije mogu djelomično objasniti zašto su infekcije trajale tako dugo.
Mutacije otpornosti na lijekove nisu bile jedine evolucijske promjene koje smo vidjeli. Pola tuceta mutantnih virusa, koji su se samo malo razlikovali jedni od drugih, ponekad bi se istovremeno natjecali u jednoj osobi.
Ovi konkurentni virusi učinili su evoluciju kompliciranom aferom. Mutacija koja se počela širiti tjedan dana ponekad bi izumrla i sljedeća. Vjerojatno je nadjačana još boljom mutacijom.
U nekim slučajevima, pronašli smo iste mutacije u virusima kod različitih pacijenata u našoj studiji, iako smo mogli reći da pacijenti nisu međusobno zarazili. Vrlo bismo rijetko očekivali da će se takve sličnosti dogoditi zbog slučajnosti. Virusi su možda pogodili slične prilagodbe kao odgovor na evolucijske izazove. Neke od tih mutacija možda su pomogle virusu da izbjegne imunološki sustav, odražavajući druge studije.
Predviđanje budućnosti
Štoviše, mnoge mutacije unutar tih pacijenata podudarale su se s mutacijama koje su se kasnije proširile diljem svijeta. U šiljcima vanjskog sloja gripe, koji pomažu virusu ući u stanice domaćina, mutacija N225D pojavila se u tri od četiri pacijenta u našoj studiji. Do 2015. godine, otprilike 8 godina nakon što su naši pacijenti zaraženi, većina virusa gripe širom svijeta nosila je iste promjene.
Za nas je to bilo neočekivano. Evolucija je puna kompromisa, a neke mutacije koje pomažu gripi prilagoditi se ljudima mogu usporiti njezin prijenos s osobe na osobu. Također nismo znali hoće li evolucija u takvim neuobičajeno dugim infekcijama gripom odgovarati uzorcima promjena širom svijeta.
No, u našem istraživanju, evolucija gripe kod pojedinaca pokazivala je zapanjujuće sličnosti s evolucijom širom svijeta. Mogli smo vidjeti naznake nekih globalnih evolucijskih trendova unutar samo nekoliko pojedinaca.
Kako se tehnologija nastavlja poboljšavati, postaje sve lakše gledati duboko unutar infekcija gripom, kao što smo i činili. SZO laboratoriji svake godine prate sojeve gripe tisuća ljudi kako bi pratili razvoj gripe. Istraživači su sekvenciranje sve više i više naprezanja na načine koji nam se uhvatiti mutacije kao što su prvi nastaju unutar pojedinih ljudi.
Svaka od ovih tisuća infekcija je kao poseban evolucijski eksperiment. Uspoređujući mutacije koje se pojavljuju u različitim infekcijama, možemo dobiti osjećaj evolucijskih mogućnosti i ograničenja.
Negdje dolje, ova vrsta informacija može pomoći u prognoziranju evolucije gripe. Za sada, barem, otkriva neke od dinamičnih procesa evolucije koji se odvijaju unutar svakog od nas.
Ovaj članak je izvorno objavljen na Razgovor Katherine Xue i Jesse Bloom. Pročitajte izvorni članak ovdje.
Forenzički znanstvenici koriste svinje kako bi vidjeli kako se trupla mladih ljudi raspadaju
Istraživači na Državnom sveučilištu NC ispitali su kako se mlade svinje razgrađuju. Forenzičari sumnjaju da se djeca brže razgrađuju nego odrasli, ali nije bilo dokaza koji bi to potvrdili. Tako je dr. Ann Ross, profesorica bioloških znanosti i doktorat znanosti. studentica Amanda Hale krenula je ispuniti taj jaz znanja.
Ovih 5 filmova iz znanstvene fantastike stvarno je zakrčilo na predviđanje budućnosti
U većini slučajeva, znanstvena fantastika obično čini mnogo predviđanja onoga što će se dogoditi baziranjem tih ideja u onome što se već dogodilo. U najboljim znanstveno-fantastičnim filmovima, publika može prepoznati nedostatke stvarnosti kroz naizgled udaljeni, ali napredni pogled na stvari koje dolaze. Neki od najboljih primjera ...
Kineski znanstvenici koriste piliće i žabe za predviđanje potresa
Žabe, ribe i kokoši igraju vodeću ulogu u kineskim istraživačkim naporima za predviđanje potresa, prenosi Reuters. Kineska vlada zatražila je od poljoprivrednika u istočnoj Kini da dva puta dnevno dostavljaju izvješća o bilo kakvom bizarnom ponašanju u nadi da će se smanjiti kada seizmički događaji napadnu. Da životinje mogu ...