Dwoje badaczy z Uniwersytetu Columbia i Uniwersytetu w Kolonii, w tym Polka Marta Łuksza, stworzyło nowy, precyzyjny model, pozwalający na skuteczne przewidywanie rozwoju wirusa grypy w kolejnym sezonie. Odkrycie to, opublikowane na łamach renomowanego czasopisma „Nature”, umożliwia opracowanie szczepionki przeciw grypie w systematyczny, całkowicie innowacyjny sposób.
REKLAMA
Wirus, który wciąż ewoluuje
Grypa jest jedną z głównych chorób zakaźnych wśród ludzi. Sezonowe szczepy wirusa grypy odpowiedzialne są za około pół miliona śmierci rocznie. Światowa Organizacja Zdrowia przez ponad 60 lat monitorowała rozwój szczepów H3N2. Na podstawie tych danych, dwa razy w roku szczepy wirusa wybierane są w celu wyprodukowania szczepionek przeciw grypie. Ponieważ wirus grypy jest patogenem, który rozwija się szybko, wybór optymalnej szczepionki jest ogromnym wyzwaniem i globalnym problemem zdrowotnym.
Grypa jest jedną z głównych chorób zakaźnych wśród ludzi. Sezonowe szczepy wirusa grypy odpowiedzialne są za około pół miliona śmierci rocznie. Światowa Organizacja Zdrowia przez ponad 60 lat monitorowała rozwój szczepów H3N2. Na podstawie tych danych, dwa razy w roku szczepy wirusa wybierane są w celu wyprodukowania szczepionek przeciw grypie. Ponieważ wirus grypy jest patogenem, który rozwija się szybko, wybór optymalnej szczepionki jest ogromnym wyzwaniem i globalnym problemem zdrowotnym.
W ostatnich latach jasne stało się, że ewolucja wirusa grypy jest procesem złożonym. Różne szczepy rywalizują ze sobą w celu skutecznego zakażenia człowieka. Zjawisko to skłoniło polską badaczkę z Uniwersytetu Columbia oraz Michaela Lässiga z Uniwersytetu w Kolonii, aby zadać pytanie, czy można przewidzieć, który z tych „rywali” wygra wyścig. Było to wyzwanie dla biologów ewolucyjnych, ponieważ w środowisku naturalnym nie ma zbyt wielu systemów, dla których możliwe byłyby prognozy ilościowe ewolucji – mówi Łuksza. Było to także wyzwanie z punktu widzenia obliczeniowego i teoretycznego. Podczas gdy tradycyjnie, ewolucję analizuje się poprzez rekonstrukcję przeszłości, w tym przypadku konieczne było spojrzenie w przyszłość. Co najważniejsze, badacze musieli odkreślić, którą część systemu można przewidzieć, a która jest zupełnie przypadkowa. Wypracowując nowe podejście do wirusa grypy, wykorzystali oni założenia fizyki i informatyki.
Czy można przewidzieć ewolucję biologiczną?
Łuksza i Lässig zastosowali zasadę Darwina dotyczącą przetrwania najsilniejszych. Pytaniem pozostawało jednak to, jak określić sprawność wirusa grypy. Po pierwsze, wzięli oni pod uwagę mutacje – wirus musiał utrzymać wysokie tempo mutacji w celu uniknięcia ataku układu immunologicznego człowieka. Po drugie, uwzględnili także pewną dozę powtarzalności – mutacje te nie mogły bowiem doprowadzić do upośledzenia funkcji wirusa, takich jak fałdowanie białek. Poprzez analizę genomu wirusa, opracowali oni model, pozwalający przewidzieć, które szczepy wirusów posiadają optymalną kombinację innowacyjnych i powtarzalnych cech.
Łuksza i Lässig zastosowali zasadę Darwina dotyczącą przetrwania najsilniejszych. Pytaniem pozostawało jednak to, jak określić sprawność wirusa grypy. Po pierwsze, wzięli oni pod uwagę mutacje – wirus musiał utrzymać wysokie tempo mutacji w celu uniknięcia ataku układu immunologicznego człowieka. Po drugie, uwzględnili także pewną dozę powtarzalności – mutacje te nie mogły bowiem doprowadzić do upośledzenia funkcji wirusa, takich jak fałdowanie białek. Poprzez analizę genomu wirusa, opracowali oni model, pozwalający przewidzieć, które szczepy wirusów posiadają optymalną kombinację innowacyjnych i powtarzalnych cech.
Podczas gdy badacze skupili się na grypie, wypracowane przez nich podejście ujawnia ogólny związek pomiędzy ewolucją i jej konsekwencjami dla epidemiologii, co jest ważne dla wielu szybko rozwijających się patogenów. W szerszym kontekście, zagadnienie to nawiązuje do fundamentalnego pytania o to, jak przewidywalna jest ewolucja biologiczna. Jak tłumaczy Łuksza, nie ma ogólnej odpowiedzi na to pytanie. Jednak analiza badaczy pokazuje, w jakich okolicznościach można dokonać skutecznych prognoz. Dalsze badania na danych dotyczących wirusa na świecie pozwoliłyby określić, czy ich metoda pozwoli na zwiększenie skuteczności szczepionek.
Potencjalne zastosowania modelu
Opracowany przez dwójkę badaczy model ma też swoje ograniczenia i wciąż wymaga doskonalenia. Jednak zarówno Łuksza, jak i Katia Koelle, biolog chorób zakaźnych z Uniwersytetu Duke, która nie była związana z badaniem, potwierdzają, że model bazuje na solidnych założeniach. Jeżeli chodzi o wirusa H3N2, wykazał się on 93% skutecznością. Biorąc pod uwagę chaotyczność mutacji i sposobu rozprzestrzeniania się wirusa, zdolność modelu do prognozowania rozwoju wirusa grypy jest imponująca – mówi Koelle.
Opracowany przez dwójkę badaczy model ma też swoje ograniczenia i wciąż wymaga doskonalenia. Jednak zarówno Łuksza, jak i Katia Koelle, biolog chorób zakaźnych z Uniwersytetu Duke, która nie była związana z badaniem, potwierdzają, że model bazuje na solidnych założeniach. Jeżeli chodzi o wirusa H3N2, wykazał się on 93% skutecznością. Biorąc pod uwagę chaotyczność mutacji i sposobu rozprzestrzeniania się wirusa, zdolność modelu do prognozowania rozwoju wirusa grypy jest imponująca – mówi Koelle.
Łuksza bada już, czy opracowany model może zostać wykorzystany także w przypadku innych wirusów, takich jak wirus świńskiej grypy. Jak podaje, wyniki wstępne są obiecujące. Obecnie, jako że specjaliści już przygotowują się do tegorocznego jesiennego sezonu grypowego, model pomóc może przewidzieć to, co dotąd było nieprzewidywalne i ułatwić stworzenie odpowiedniej szczepionki.
Nie przegap żadnej ważnej wiadomości i obserwuj nas w Google News!