Вирусы теряют эффективность при заражении генетически разнообразных целей

Когда вирусная инфекция последовательно передавалась через пять генетически идентичных мышей, вирус реплицировался быстрее и становился более вирулентным. Однако когда инфекция передавалась последовательно через пять генетически разнообразных мышей, вирусу было сложнее адаптироваться, и его вирулентность снижалась.

Исследование Университета Юты, показавшее, что этот давно предполагаемый механизм работает внутри одного вида позвоночных (мышей), указывает на то, что увеличение генетического разнообразия следует поощрять у домашнего скота и у содержащихся в неволе исчезающих видов, чтобы снизить риск смертельных инфекций.

Профессор биологии Уэйн Поттс: «Это исследование показало удивительно быстрый и значительный эффект генетического разнообразия у мышей, который резко снизил репликацию вируса и тяжесть вызываемого им заболевания».

Первый автор исследования Джейсон Кубинак: «Есть причина, по которой мы не являемся клонами наших родителей. Среди прочего, механизмы, создающие генетические различия между нами, вероятно, защищают нас от более тяжелых инфекционных заболеваний».

Результаты исследования подтверждают «гипотезу пола против вирулентности». Она утверждает, что половое размножение, способствующее генетическому разнообразию, могло эволюционировать как способ противодействия быстрой адаптации вирусов и других патогенов к своим хозяевам и повышению их вирулентности.

Уэйн Поттс: «Идея в том, что половое размножение создает разные генетические наборы у всех детей, отличающиеся от родительских, что делает их более трудными для заражения. Наше исследование моделирует это условие».

Мыши и недружелюбный вирус

Ранее этот механизм был показан на растениях и насекомых, но не на позвоночных.

Джейсон Кубинак: «Это первый случай, когда кто-либо показал, что генетическая изменчивость внутри одного вида позвоночных животных сильно подавляет репликацию вируса и тяжесть вызываемого им заболевания».

В исследовании использовался комплекс вируса Френда — комбинация вируса лейкемии мышей Френда и «вируса очагов селезенки», который вызывает быстрое увеличение количества эритроцитов в селезенке мыши, приводя к ее увеличению и гибели зараженных мышей.

Мыши принадлежали к одному виду (Mus musculus), но к семи разным генетическим линиям с различной устойчивостью к вирусу.

Методика эксперимента:

• Вирус передавали последовательно через пять мышей.
• Вирусную приспособленность (fitness) измеряли по скорости репликации (подсчет вирусных генетических копий в селезенках).
• Вирулентность измеряли по весу селезенки: чем вирус вирулентнее, тем селезенка больше.

Результат: При прохождении через мышей одной линии наблюдалось значительное увеличение репликации вируса и тяжести заболевания. Однако вирус, прошедший через мышей разных линий, не смог увеличить свою репродукцию или вызвать более тяжелое заболевание.

Теоретическое объяснение: Вирус с небольшим геномом быстро мутирует, и варианты, успешные в мыши А, могут оказаться неудачными в генетически отличной мыши B.

Защита домашнего скота и исчезающих видов

Риски для продовольственной безопасности: Современное сельское хозяйство использует большое количество животных, содержащихся в скученных условиях с крайне ограниченным генетическим разнообразием (крупный рогатый скот, свиньи, птица).

Джейсон Кубинак: «Подобные эксперименты подразумевают, что в условиях низкого разнообразия и высокой плотности популяции может происходить emergence более вирулентных инфекционных заболеваний. Вместо использования ограниченного набора пород, возможно, использование смешанных стад может ограничить способность патогена стать высоковирулентным в таких условиях».

Защита исчезающих видов: К 205 году под угрозой исчезновения окажется 25% всех видов позвоночных. Программы разведения в неволе и реинтродукции имеют высокий процент неудач (~80%), отчасти из-за низкого генетического разнообразия, облегчающего атаку патогенов.

Уэйн Поттс: «Это говорит о том, что программы разведения в неволе и реинтродукции должны максимизировать генетическое разнообразие, особенно в критических генах иммунной системы».