Настоящая история Питера Рэббита: биологи нашли ключ к коэволюции миксоматозного вируса и кроликов
Естественная мутация в вирусе, специфичном для кроликов — родственном вирусу оспы — ослабляет вирус и может дать понимание эволюции патогенов, согласно исследованию Университета штата Канзас.
«Наши выводы могут помочь ученым предсказать, какие вирусы могут представлять угрозу для людей», — сказал Стефан Ротенбург, ведущий исследователь. «Это большой шаг к пониманию молекулярной основы взаимодействия хозяина и вируса».
Ротенбург, аспиранты Чен Пэн и Шерри Халлер, а также коллабораторы из Университета Флориды недавно опубликовали исследование в PNAS о функции иммунорегулирующего белка миксоматозного вируса, называемого M156. M156 ингибирует противовирусный белок хозяина видоспецифичным образом. Исследователи также охарактеризовали мутацию потери функции в M156, которая делает некогда тяжелый вирус слабее.
«Мы все еще очень невежественны, когда дело доходит до прогнозирования, какие вирусы представляют угрозу для людей и животных», — сказал Ротенбург. «Мы не до конца понимаем молекулярные механизмы. Вот почему важно изучать хорошо установленную систему хозяин-вирус, такую как миксоматозный вирус у европейского кролика, как модель для человеческих вирусов».
Миксоматозный вирус был намеренно выпущен в Австралии в 1950-х годах для контроля инвазивных кроликов. Тогда смертность от вирусной инфекции составляла почти 100%, и выпуск привел к огромному сокращению популяции европейского кролика. В течение нескольких лет произошли две вещи, которые ошеломили ученых того времени: миксоматозный вирус мутировал, чтобы стать слабее (аттенуированным), а кролики эволюционировали, чтобы стать более устойчивыми к вирусу.
«Эти два явления вместе привели к восстановлению популяции кроликов», — сказал Ротенбург. «Ученые обнаружили, что естественно развившееся ослабление вируса на самом деле выгодно для вируса, потому что зараженные кролики жили дольше и могли лучше передавать вирус».
Это, вероятно, самый известный пример коэволюции хозяина и вируса в природе на популяционном уровне, но ему не хватало молекулярного объяснения до этого исследования.
M156 в норме ингибирует фактор защиты кролика от вируса, называемый протеинкиназой R (PKR). Пэн и коллеги обнаружили, что единичная мутация заставляет вирусный белок не справляться с ингибированием PKR кролика и делает вирус слабее.
«У вируса есть эволюционное преимущество сохранять эту мутацию, поскольку она обнаружена более чем в 50% австралийских изолятов вируса», — сказал Пэн.
Исследователи обнаружили, что только PKR кролика ингибируется M156, но не PKR других млекопитающих, что может объяснять, почему миксоматозный вирус вызывает заболевание только у кроликов. Взаимодействие белков хозяина и вируса похоже на замок и ключ, где замок — это PKR, а вирусный ингибитор — ключ. Если изменяется либо замок, либо ключ, вирус не может установить активную инфекцию в хозяине.
Следующим шагом Ротенбурга является изучение штаммов миксомы, которые были незаконно выпущены в Европе с той же целью — чтобы увидеть, есть ли мутации в ингибиторах PKR с аналогичными эффектами. Кроме того, лаборатория Ротенбурга использует знания, полученные в текущем исследовании, для модификации миксоматозного вируса с целью усилить его онколитическую активность и расширить спектр форм рака, которые можно уничтожить с его помощью.
«Наши выводы важны, потому что мы можем использовать полученные знания для изучения патогенов, которые касаются здоровья человека», — сказал Ротенбург. «К ним относятся такие вирусы, как вирусы гриппа или Эбола, которые могут переходить от животных к человеку и также противодействовать иммунной системе своих хозяев, включая ингибирование PKR. Исследование видоспецифичных взаимодействий может дать ценную информацию о том, какие вирусы представляют будущие угрозы».