Обычно вирусы птичьего гриппа нелегко передаются от человека к человеку. Но если это произойдет, это может спровоцировать пандемию. Исследователи из MDC и RKI объяснили в журнале Nature Communications, что делает переход от животных к людям менее вероятным.
Всякий раз, когда люди внезапно заражаются вирусом птичьего гриппа, таким как H5N1, H7N9 и H5N6, Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) должна оценить риск: это первые признаки пандемии? Или это всего лишь несколько десятков или сотен случаев, возникших только при тесном контакте с зараженной домашней птицей? Исследователи во главе с профессором Матиасом Сельбахом из Центра молекулярной медицины Макса Дельбрюка (MDC) нашли еще одну часть головоломки, которая может быть важной в этой первоначальной оценке. В статье, опубликованной в Nature Communications, исследователи объясняют, что вирусы птичьего гриппа А (IAV) не способны трансформировать инфицированные клетки человека в эффективные вирусные фабрики, потому что они не производят достаточное количество матричного белка M1 после заражения. Однако вирусу требуется этот белок, чтобы экспортировать множество копий своего генетического материала из клеточного ядра, что является необходимым условием для построения новых вирусов.
Не все гриппы одинаковы - это название относится к большому семейству вирусов. Каждый член этого семейства назван в честь двух колючих наростов на поверхности вируса: гемагглютинина (H), который позволяет вирусу заражать клетки человека и животных, где он может размножаться, и нейраминидазы (N), которая помогает потомству вируса извлекать себя. из зараженной клетки. У водоплавающих птиц известно 16 подтипов гемагглютинина и девять известных подтипов нейраминидазы. В результате получается не менее 144 возможных комбинаций, которые постоянно меняются и адаптируются к новым хозяевам - например, к курам, а также к млекопитающим, включая лошадей, свиней и людей.
Такие новые варианты вируса зачастую более опасны, чем сезонный грипп, потому что иммунная система человека никогда раньше с ними не сталкивалась. Одни люди оказываются беззащитными, а у других иммунная система реагирует настолько бурно, что собственная сопротивляемость человека наносит ущерб организму. В худшем случае пандемия может стоить миллионов жизней. Испанский грипп 1918 года, например, унес жизни более 50 миллионов человек. Поэтому исследователи всего мира пытаются понять правила, определяющие, когда есть вероятность пандемии, а когда нет.
Почему человеческие клетки являются плохими фабриками вирусов для птичьего гриппа?
«Например, гемагглютинин у людей и птиц имеет несколько иную химическую структуру, из-за чего вирусу птичьего гриппа труднее проникнуть в клетку человека, чем в клетку птицы», - объясняет Сельбах. Борис Богданов, аспирант исследовательской группы Зельбаха и ведущий автор текущего исследования, сосредоточил свое исследование именно на том, какие еще естественные видовые барьеры существуют в вирусах гриппа.
Группа Матиаса Сельбаха анализирует белки с помощью количественной масс-спектрометрии. В сотрудничестве с Институтом Роберта Коха (RKI) Борис Богданов и его коллеги заразили клетки легочного эпителия человека отдельно вирусом птичьего гриппа и вирусом человеческого гриппа. Затем они измерили количество всех вновь произведенных белков на масс-спектрометре. Постдокторант доктор Катрин Эйхельбаум также разработала метод, позволяющий точно дифференцировать новые и старые белки. «В ходе первого анализа мы не обнаружили существенных различий между двумя штаммами», - сообщает Борис Богданов. «На первый взгляд, вирус птичьего гриппа и человеческий вирус мало отличались в отношении производства белка, что было довольно удивительно».
Но дьявол кроется в деталях, поэтому Богданов провел более глубокий анализ, чтобы лучше изучить распределение белка. При этом он наткнулся на матричный белок М1, гораздо большее количество которого продуцировалось в клетках легких, зараженных человеческим вирусом. Белок M1 отвечает, среди прочего, за экспорт реплицированной вирусной РНК из ядра инфицированных клеток, а затем за ее сборку с другими вновь продуцируемыми вирусными белками с образованием потомства вируса гриппа. Может ли поэтому быть так, что вирусная РНК вирусов птичьего гриппа в клетках человека остается запертой в клеточном ядре из-за того, что присутствует слишком мало белка M1?
Еще одна часть головоломки
Флуоресцентные микроскопические исследования подтвердили эти подозрения. Генетический материал вируса птичьего гриппа был гораздо менее способен вырваться из клеточного ядра, чем РНК вируса человеческого гриппа. Но почему? С помощью платформы секвенирования MDC и профессора Ирмтрауд Мейер они обнаружили небольшой сегмент в вирусной РНК вируса птичьего гриппа, который влияет на альтернативный сплайсинг. «Мы называем это цис-регуляторным элементом», - говорит Богданов. «Альтернативный сплайсинг регулирует, какие белки в конечном итоге образуются из одного гена, потому что многие гены кодируют более одного белка. Когда клетки человека поражаются птичьим гриппом, этот элемент обеспечивает выработку большего количества белка M2, а не белка M1».
Чтобы оценить актуальность этого результата, профессор Торстен Вольф и его исследовательская группа из Института Роберта Коха перенесли цис-регуляторный элемент из птичьего вируса в человеческий вирус. Это действительно привело к менее эффективной репликации вируса человеческого гриппа в клетках легких человека. Команда Сельбаха даже провела аналогичный эксперимент с вирусами испанского гриппа, чей генетический материал был выделен в девяностых годах из могил в вечной мерзлоте на Аляске. Однако для эксперимента они использовали лишь небольшую часть вирусной РНК, а не весь вирус. Тем не менее, им также удалось подтвердить свою теорию о цис-регуляторном элементе этого вируса.
«Насколько патогенен вирус птичьего гриппа и обладает ли он пандемическим потенциалом, зависит, конечно, от многих факторов», - говорит Сельбах. «Исследование клеточных культур не может охватить все эти факторы. Тем не менее, в будущем может оказаться полезным включить анализ этого сегмента РНК в оценку риска заражения вирусами птичьего гриппа».