Grip Gelişimi: Bilim İnsanları Geleceği Tahmini için Genom Sıralamasını Nasıl Kullanıyor?

Evrim genellikle çok yavaştır, binlerce ya da milyonlarca yıl süren bir değişim sürecidir.

Ancak grip için, evrim hızlı ve ölümcül. Grip virüsleri vücudun savunmasından kaçmak için hızla değişiyor. Her birkaç yılda bir gribe bağlı yeni varyasyonlar ortaya çıkıyor ve dünya çapında salgınlara neden oluyor.

Grip yayılımının kontrolü, bu devam eden evrim ile başa çıkmak anlamına gelir. Her yıl, Dünya Sağlık Örgütü (WHO) uzmanları, yıllık aşıya hangi grip türlerini içereceğini seçmek için virüsün nasıl değişeceği konusunda en iyi tahminde bulunmalıdır.

Bu çalışma zor ve belirsizdir ve hataların gerçek sonuçları vardır. Dünya çapında grip her yıl birkaç milyon insanı etkilemekte ve yüz binlerce ölüme neden olmaktadır. Tahminlerin işareti kaçırdığı ve grip atışının dolaşımdaki suşlardan çok farklı olduğu yıllarda, daha fazla insan enfeksiyona açıktır.

Geçtiğimiz birkaç yılda, genom dizilimindeki ilerlemeler, bireysel enfeksiyonların derinliklerinde, viral evrimin başlangıcına ışık tutmaya başladı. Grip için bu bilginin bize gelecekteki küresel evrimsel eğilimler hakkında erken bir bakış açısı sağlayıp sağlamadığını merak ettik.

Tek bir kişinin grip enfeksiyonu bize virüsün dünya çapında nasıl değiştiği hakkında ne söyleyebilir? Görünüşe göre şaşırtıcı bir miktar.

Bir Enfeksiyon İçinde Derin Bakmak

Grip evrimindeki her adım bir hata ile başlar. Virüsler kendilerini enfekte bir insanda kopyalarken, bazen mutasyona uğrarlar, genetik planlarında küçük değişiklikler yaratırlar.

Çoğu mutasyon virüse zararlıdır, çünkü çalışması gereken makineleri kırarlar. Ancak her sık ​​sık, mutant bir virüs hayatta kalır ve hatta büyür. Virüsler, insan bağışıklık sistemi ile sürekli bir kedi-fare oyunu oynuyor. Bazen, mutant bir virüs vücudun dikkatinden kaçacak kadar farklı olabilir.

Bu tür bir avantaja sahip mutant bir virüs hızla çoğalabilir ve enfeksiyonu domine etmeye başlayabilir. Sonunda, kişiden kişiye bile yayılabilir ve oradan dünyaya yayılmaya başlar.

Son zamanlarda, virüslerin insan vücudunda nasıl değiştiğini izlemek kolaylaştı. İnsan genomlarının dizilimini ucuz ve kolay hale getiren aynı gelişmeler, virüsleri çalışma şeklimizi değiştiriyor. Tek bir insan genomunun diziliminin maliyeti için, ortaya çıkan yeni mutasyonları izlemek için enfeksiyon boyunca binlerce virüs dizilimi yapabiliriz.

Bu mutasyonlar bize virüsün insan vücudundaki zorlu ortamlara nasıl tepki verdiğini gösterebilir. Enfeksiyonların sıklıkla son yıllarda, hatta on yıllarca sürdüğü HIV için evrim, tek bir kişi içinde bile önemli olabilir. Özelde, virüsler genellikle antiviral tedaviye cevap olarak ilaç direncini geliştirir.

4 Uzun Enfeksiyonda Grip Gelişiminin Takibi

Geçenlerde grip enfeksiyonları birkaç ay süren dört kanser hastasında viral evrimi takip ettik. Grip enfeksiyonlarının çoğu, bir hafta kadar sürer ve bu da meydana gelebilecek değişiklik miktarını sınırlar. Fakat bağışıklık sistemi zayıf olan hastalarda, enfeksiyonlar ciddi etkilerle uzun sürebilir.

Grip bu uzun enfeksiyonlarda nasıl değişti? Enfeksiyon sırasında farklı zamanlardan virüsleri sıralayarak ve genomlarını karşılaştırarak, yeni mutasyonları belirleyip kaderlerini takip edebildik.

Evrim birkaç hafta içinde hareket etti. Açık bir örnek Tamiflu'ya direniş oldu. Çalıştığımız hastalar enfeksiyonlarını kontrol altına almak için ilacı kullanıyorlardı. Ancak, önceki çalışmalarda olduğu gibi, ilaca dirençli mutasyonlar taşıyan virüsler sonunda ortaya çıkmıştır. Bu mutasyonlar, enfeksiyonların neden bu kadar uzun sürdüğünü kısmen açıklayabilir.

Uyuşturucuya dirençli mutasyonlar, gördüğümüz tek evrimsel değişiklik değildi. Yarım düzine mutant virüs, hepsi birbirinden biraz farklıdır, bazen aynı anda tek bir insanda rekabet eder.

Bu rakip virüsler evrimi karmaşık bir mesele haline getirdi. Bir hafta yayılmaya başlayan bir mutasyon bazen bir sonraki soyu tükenir. Muhtemelen, daha iyi bir mutasyon ile tamamlanmıştır.

Bazı olgularda, hastalarımızın birbirlerini enfekte etmediğini söyleyebilsek de, çalışmamızdaki farklı hastalardaki virüslerde de aynı mutasyonları bulduk. Bu benzerliklerin tesadüfen gerçekleşmesini nadiren beklerdik. Evrimsel zorluklara cevaben virüsler de benzer adaptasyonlara çarpmış olabilir. Bu mutasyonların bazıları virüsün bağışıklık sistemini önlemesini sağladı ve diğer çalışmaları da yanılttı.

Geleceği Tahmin Etmek

Dahası, bu hastalar içindeki birçok mutasyon daha sonra dünyaya yayılan mutasyonlarla eşleşti. Virüsün konakçı hücrelere girmesine yardımcı olan grip dış kabuğunun sivri uçlarında, çalışmamızdaki dört hastanın üçünde N225D mutasyonu ortaya çıkmıştır. 2015 yılına gelindiğinde, hastalarımız enfekte olduktan yaklaşık 8 yıl sonra, dünyadaki grip virüslerinin çoğu aynı değişikliği yapmıştı.

Bizim için bu beklenmeyen bir şeydi. Evrim değiş tokuşlarla doludur ve insanlarda gribin adapte olmasına yardımcı olan bazı mutasyonlar insandan insana bulaşmasını yavaşlatabilir. Ayrıca, alışılmadık derecede uzun grip enfeksiyonlarındaki evrimin dünyadaki değişim kalıplarına uyup uymayacağını da bilmiyorduk.

Ancak çalışmamızda, bireysel insanlardaki grip evrimi, dünyadaki evrime çarpıcı benzerlikler göstermiştir. Sadece birkaç birey içinde bazı küresel evrimsel eğilimlerin ipuçlarını görebiliyorduk.

Teknolojiler gelişmeye devam ettikçe, bizim gibi grip enfeksiyonlarının derinliklerine bakmak kolaylaşıyor. DSÖ, grip gelişimini izlemek için her yıl binlerce insandan sekans gribi suşları uygulamaktadır. Araştırmacılar, bireysel insanlar içinde ilk ortaya çıkan mutasyonları yakalamamıza izin verecek şekilde giderek daha fazla zorlama sıralıyorlar.

Bu binlerce enfeksiyonun her biri ayrı bir evrimsel deney gibidir. Farklı enfeksiyonlarda ortaya çıkan mutasyonları karşılaştırarak, evrimsel olasılıklar ve kısıtlamalar hakkında bir fikir edinebiliriz.

Çizginin aşağısında bir yerde, bu tür bir bilgi grip aşısının tahmin edilmesine yardımcı olabilir. Şimdilik, en azından, her birimizin içinde gerçekleşen dinamik evrim süreçlerinin bir kısmını ortaya çıkarıyor.

Bu makale ilk olarak Katherine Xue ve Jesse Bloom'un Konuşması üzerine yayımlandı. Orijinal makaleyi buradan okuyun.