Ученые десятилетиями знали, что вирус гриппа в человеческом организме может сильно отличаться от вирусов, выращенных в лаборатории. В отличие от однородных, сферических, похожих на учебники вирусов в чашке Петри, у людей они различаются по форме и составу - особенно по содержанию определенных белков - даже если они генетически очень похожи..
Однако было трудно изучить точное количество и расположение этих белков на любом отдельном вирусе. Метод перехода в клеточной биологии предполагает присоединение флуоресцентного белка к интересующей области; свет облегчает визуализацию и изучение местности.
Но пытаться присоединить флуоресцентные белки к молекулам, из которых состоит вирус гриппа, все равно, что пытаться посадить третьего человека на велосипед-тандем: места просто нет. Флуоресцентные белки примерно того же размера, что и белки гриппа; введение такого относительно большого элемента выводит вирус из строя.
Доклад Майкла Вахи, доцента Школы инженерии и прикладных наук Вашингтонского университета в Сент-Луисе, и Дэниела А. Флетчера, заведующего кафедрой инженерных биологических систем Пурненду Чаттерджи и кафедры биоинженерии Калифорнийского университета, Беркли, демонстрирует, что белки гриппа могут быть помечены с использованием другого метода. Этот процесс уже дал информацию, которая намекает как минимум на одно преимущество наличия такого количества фенотипов гриппа, то есть различные формы и конфигурации, обнаруженные в генетически идентичных частицах гриппа.
Статья была опубликована 9 ноября в журнале Cell.
"При каких обстоятельствах он адаптивен и насколько?" - спросил Вахи. «Это первый шаг к пониманию этого. Но это не полная картина».
Чтобы преодолеть трудности с маркировкой, Вахи адаптировал метод, который обычно используется для маркировки определенной области белка, и назвал его, соответственно, «сайт-специфической маркировкой». Вместо использования флуоресцентного белка он вставил последовательности длиной от 5 до 10 аминокислот в белки, из которых состоит вирус гриппа А. Это самый распространенный вирус гриппа, а также самый опасный для человека.
После вставки этих коротких последовательностей он ввел ферменты и небольшое количество флуоресцентных красителей. Эти ферменты берут разные молекулы красителей и соединяют их со сконструированными вирусными белками, давая исследователям возможность видеть отдельные белки, не нарушая их функционирования или вируса, который они составляют.
Особый интерес для исследователей представляют белки гемагглютинин (HA) и нейраминидаза (NA). HA отвечает за то, чтобы позволить вирусу гриппа прикрепиться к клетке, а NA отвечает за отделение вируса от клетки, чтобы он мог заражать другие.(Вот откуда берутся такие обозначения, как H1N1 или H3N2; поверхность вируса имеет разные типы HA и NA, которые обозначаются определенными номерами или подтипами).
«Как только у нас появится возможность маркировать отдельные вирусы, мы сможем изобразить их и количественно определить, сколько каждого белка содержится в каждой частице и каков размер этой частицы», - сказал Вахи.
Использование маркировки для конкретных мест решает давнюю проблему в изучении вирусов гриппа. Теперь, когда у них появилась возможность провести более детальное исследование, Вахи и Флетчер решили сделать именно это, поставив эксперимент, который мог бы помочь им понять, могут ли вариации, наблюдаемые в отдельных вирусах гриппа, быть адаптивными, помогая вирусу распространять инфекцию.
Исследователи изучили отдельные вирусы гриппа, выпущенные из клеток, некоторые из которых были обработаны веществом, которое блокирует работу NA, высвобождая вирус из клетки. (Так работает противовирусный препарат Тамифлю. Если вирус не может высвободиться из клетки, он не может распространяться и размножаться).
Затем они сравнили вирусные частицы, которые смогли отделиться от необработанных клеток, с теми, которые смогли отделиться от клеток, обработанных ингибитором NA.
Подключение: один из способов, которым грипп может изменить вид
Вы слышали о птичьем гриппе и свином гриппе. Это потому, что грипп является зоонозным, он может передаваться от одного животного к другому. В этом ему может помочь гетерогенная природа вируса.
«Обычно рецептор, с которым связывается вирус, не идентичен, скажем, птице и человеку», - сказал Майкл Вахи, доцент Школы инженерии и прикладных наук, но вирус гриппа связывается с рецепторами почти как липучка.. «Есть много разных крючков, чем их больше, тем сложнее их отцепить». В случае гриппа «крючками» являются гемагглютинин (HA).
Возможно, вариант вируса гриппа животных с большим количеством HA может успешно прикрепляться к клетке человека, создавая новые способы сделать людей несчастными с гриппом.
«Мы обнаружили, что вирусы, которые меньше или имеют больше NA, более устойчивы к ингибитору NA», - сказал Вахи. «Они с большей вероятностью смогли отделиться от клетки, подвергшейся воздействию Тамифлю». Затем они могут заразить больше клеток.
Результаты показывают, что эти две вариации - меньше, чем в среднем, или имеют большую числовую апертуру - могут быть полезны для вируса, который обнаружился у человека, который лечился Тамифлю. Это один из примеров того, как большое разнообразие отдельных вирусов может быть полезным.
С другой стороны, вирусы с большим количеством HA или более крупные могут сильнее связываться с клетками. «При любых конкретных обстоятельствах может быть выгодно находиться где-то в пределах этого диапазона», - сказал Вахи. «В случае лечения Тамифлю вы подавляете NA, так что вирусы, которые имеют больше NA, а также имеют меньший размер, теперь имеют немного преимущество."
В более широком смысле Вахи сказал: «Если у вас есть среда, которая быстро меняется с течением времени, если вы полагаетесь на генетическую адаптацию, у вас могут быть некоторые проблемы, потому что мутациям требуется определенное время, чтобы накапливать». Но фенотипическое разнообразие порождает изменения относительно быстро. Каждый раз, когда вирус реплицируется, следующее поколение демонстрирует множество вариаций, некоторые из которых могут подходить для среды, в которой он находится.
В дальнейшем важность фенотипа может иметь значение для разработки новых вакцин против гриппа. «Обычно при разработке вакцины против гриппа вас беспокоит то, как генетические изменения в вирусе могут снизить эффективность вакцины», - сказал Вахи. «Это может быть дополнительным соображением о том, какой вклад может внести изменение вирусного фенотипа».
Школа инженерии и прикладных наук Вашингтонского университета в Сент-Луисе фокусирует интеллектуальные усилия на новой парадигме конвергенции и опирается на сильные стороны, особенно применительно к медицине и здравоохранению, энергетике и окружающей среде, предпринимательству и безопасности. Имея 94 штатных/постоянных сотрудника и 28 дополнительных штатных преподавателей, 1 300 студентов бакалавриата, 1 200 аспирантов и 20 000 выпускников, мы работаем над тем, чтобы максимально использовать наши партнерские отношения с академическими и отраслевыми партнерами - по дисциплинам и по всему миру. world - внести свой вклад в решение величайших глобальных проблем 21 века.