Можно ли предсказать эволюцию гриппа?

У вируса гриппа множество «животных» штаммов, и часто гриппозные эпидемии среди людей возникают как раз из-за того, что вирус из животных перепрыгивает в человека — как это случилось, к примеру, со свиным гриппом в 2009 году. Однако сам по себе прыжок из животного в человека ещё не означает, что следует ждать эпидемии: например, известны случаи заражения людей птичьим штаммом H5N1, однако между людьми он распространяться не стал.

То есть разновидности вируса обладают разными инфекционными способностями, которые, очевидно, зависят от характера изменчивости штамма: одни могут уйти из-под удара иммунитета, а другие — нет. Какие-то линии гриппа хотя и меняются, но никак не могут повысить свою инфекционность, другие же, наоборот, распространяются более чем стремительно: так, H3N2, появившийся у человека в 1968 году, развивается и расходится так быстро, что каждые несколько лет его популяция полностью обновляется.

Всё это, разумеется, затрудняет борьбу с болезнью. Иммунитет регулярно сталкивается с новыми штаммами, против которых прежняя защита не действует, и тут уже многое зависит от того, успеют ли врачи создать новую вакцину. Часто приходится заниматься этим тогда, когда уже ясно, какой вирус будет «звездой» в новом сезоне, однако исследователи не оставляют попыток научиться заранее предсказывать развитие вируса. Если бы мы могли «задолго до» сказать, что вот этот животный штамм не только перепрыгнет на человека, но и начнёт эпидемию, а вот этого бояться не стоит, хотя он и может нас заразить, — это сильно помогло бы в борьбе с гриппом.

Но обычно такие эксперименты довольно долги и дόроги: штаммы вируса вводят в подопытных животных, после чего следят за реакцией иммунитета: какие антитела появились, может ли вирус с ними справиться. Есть и другой способ — слежение за мутациями в геноме вируса. Попав в определённый участок генома, такие мутации могут сделать грипп иммуноустойчивым, и остаётся только понять, по каким правилам эти мутации возникают.

Долгое время учёным ничего не удавалось, очередные мутационные правила разрушал новый штамм, появлявшийся вопреки этим правилам. Постепенно наука поняла, что новые мутации сами по себе ничего не решают, что нужно соотносить их с мутационной историей штамма, ведь новые мутации обязательно будут как-то взаимодействовать с прежними изменениями в геноме. Но вирус гриппа развивается необычайно быстро, так что эта задача — соотносить новые мутации со старыми — может показаться совсем уж неподъёмной.

Однако надежда умирает последней, по крайней мере в том, что касается H3N2. Марта Лукша (Marta Łuksza) и Михаэль Лессиг (Michael Lässig) из Кёльнского университета (Германия) опубликовали в Nature статью, в которой на примере H3N2 показывают, как можно структурировать генетическую информацию относительно вируса так, чтобы она имела предсказательную силу.

Информацию исследователи делят на три вида. Во-первых, это мутации в тех зонах вируса, за которые его хватают антитела (такие мутации для вируса могут быть потенциально полезными); во-вторых, мутации там, куда антитела «не ходят» (такие мутации могут быть потенциально вредными); наконец, третий вид сведений — это частота появления конкретной разновидности вируса и конкурирующих с ним разновидностей.

С помощью этих данных учёным удалось описать частоту появления разных линий вируса. По сути, авторы работы смоделировали отбор среди вирусов, оценивая мутации с точки зрения выживания наиболее приспособленного. Гриппу приходится всё время балансировать между изменчивостью и консерватизмом, и коридор между тем и другим довольно узок: слишком много мутаций начнут вредить вирусу, если же мутаций окажется мало, то иммунитет сможет его «увидеть».

С помощью этой модели можно предсказывать, например, к доминированию какого штамма следует подготовиться в будущем. Будет ли эта модель работать в должной мере, не найдётся ли нового штамма, который сломает и эти правила предсказания, — покажет будущее. Во всяком случае тут удачно соблюдён баланс между сложностью и предсказательной силой.

Подготовлено по материалам Кёльнского университета.