Jak ewoluują wirusy? Gdyby nie ten szczegół, byłoby już po pandemii…

Zgodnie z obowiązującym w środowisku naukowym poglądem, gdyby oryginalny szczep SARS-CoV-2 pozostał niezmieniony, pandemia COVID-19 już dawno by się zakończyła. Zamiast tego patogen zmieniał się kilkakrotnie, co doprowadziło do powstania bardziej zaraźliwych szczepów. To mutacje są głównym mechanizmem popychającym wirusy do ewolucji.
Wirusy są zależne od gospodarzy, których atakują
Wirusy są zależne od gospodarzy, których atakują

Po 10 latach żmudnych badań, naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego znaleźli potwierdzenie, jak wirusy i gospodarze, których zarażają, ewoluują. Okazuje się, że w obu przypadkach mechanizmy są zupełnie inne.

Zespół prof. Animesha Gupty, dawniej z UC San Diego (obecnie w Generate Biomedicines Inc.), przeprowadził serię eksperymentów w celu ujawnienia zmian, jakim podlegają wirusy i gospodarze w ich ciągłej rywalizacji o przetrwanie. Wyniki opisano w czasopiśmie eLife.

Czytaj też: Jeden zastrzyk wyleczy z wirusa HIV? Opracowano przełomową terapię

Profesor Justin Meyer z zespołu Gupty mówi:

To jest taniec tam i z powrotem dla adaptacji i odporności. Najpierw wirus mutuje i zwiększa nacisk na bakterie, następnie bakteria odpowiada ewolucyjnym oporem, a wirus wprowadza innowacje, aby pokonać opór. Wirusy będące w stanie wprowadzać innowacje w ewolucyjnym sensie genetycznym zdarzają się znacznie częściej i szybciej niż się spodziewaliśmy ze względu na ten ciągły ewolucyjny wyścig zbrojeń.

Wirusy na ścieżkach ewolucji

Już od czasów Darwina wiemy, że podczas walki o przetrwanie gatunki wykształcają nowe funkcje, aby dostosować się do nowych wyzwań ekologicznych. Wiele z nich opiera się na ewolucji pojedynczego, odizolowanego organizmu. Ale przecież gatunki nie są zawieszone w próżni. Do tej pory niewiele było wiadomo o tym, jak ewolucja jednego gatunku wpływa na ewolucję drugiego (tzw. koewolucja).

Kiedy prof. Gupta i Meyer zaczynali badanie tej koncepcji dekadę temu, nie było technologii pozwalających odpowiednio zmierzyć tempo koewolucji. Naukowcy wykorzystali zupełnie nową technologię edycji i fenotypowania genów, która umożliwiła im dokładne zmierzenie tego, jak zmieniają się bakteriofagi (wirusy atakujące bakterie) w odpowiedzi na ewolucję ich gospodarzy (bakterii E. coli). Dzięki niej, uczeni byli w stanie śledzić wzajemne interakcje między mutacjami.

Czytaj też: Pospolity wirus odpowiedzialny za stwardnienie rozsiane? Wyniki tego badania to przełom

Prof. Meyer dodaje:

Łącząc wiele technologii, w tym inżynierię genomu z sekwencjonowaniem następnej generacji, które pozwoliło nam policzyć mutacje, mogliśmy zmierzyć, jak konkurują one ze sobą. Mogliśmy zobaczyć zmiany podczas koewolucji i być świadkami tego, co pozwalało na nowe mutacje.

Co się okazało? Prawie każdy genotyp wirusa zależał od tego, którego gospodarza infekował. Naukowcy wysnuli wniosek, że w kontekście koewolucji nie powinno się używać statycznego terminu “krajobrazu”, a bardziej dynamicznego terminu używanego w kontekście morza – seascape.

Prof. Meyer podsumowuje:

To badanie dostarcza bezpośrednich dowodów na rolę koewolucji w napędzaniu ewolucyjnej nowości i dostarcza ilościowych ram dla przewidywania ewolucji w koewoluujących społecznościach ekologicznych. Nasze badania pokazują, że kondycja pasożyta zależy od złożonych interakcji genetycznych w obrębie jego własnego genomu i z genomami współdziałających gospodarzy. Te współzależności skutkują wysoce warunkową ewolucją.

Praca ta może pozwolić na lepsze zrozumienie dynamicznych wirusów, takich jak wirus grypy czy SARS-CoV-2, a także opracowanie skuteczniejszych metod ich leczenia.