Mokslininkų tiriamas uodų pernešamo viruso modelis gali tapti nauju įrankiu ligų protrūkiams nuspėti

Virusų tyrimai visada buvo aktuali mokslininkų vykdomų tyrimų kryptis, o per COVID-19 pandemiją ji tapo dar aktualesnė ir sulaukė dar daugiau visuomenės dėmesio. Šie tyrimai leidžia ne tik daugiau sužinoti apie žmonėms keliamas grėsmes, bet ir kaupti svarbius duomenis, padedančius nagrinėti virusų evoliuciją. Būtent Vilniaus universiteto Gyvybės mokslų centre šiuo metu vykdomi Uhano uodų viruso 6 (angl. Wuhan mosquito virus 6, WuMV-6) tyrimai gali tapti vienu pirmųjų mokslinėje literatūroje aprašytų atvejų, kai atpažinti virusus, keliančius grėsmę stuburiniams gyvūnams, galima iš anksto užbėgant įvykiams už akių, o ne retrospektyviai – jau įvykus protrūkiui. Apie unikalų virusą, tai, kaip šie tyrimai vykdomi, ir jų reikšmę mokslo pasaulyje pasakoja virusų tyrėjas dr. Gytis Dudas.

Dėmesį patraukė neįprastai greita viruso migracija

Vilniaus universiteto mokslininkas dr. G. Dudas pirmą kartą naujų RNR virusų paieškos anksčiau mažai tyrinėtuose šeimininkuose tyrimą atliko dar 2018 m., prisijungęs prie Chan Zuckerberg Biohub (JAV, Kalifornija) komandos, kuri turėjo sekoskaitos duomenis iš 148 individualiai pagautų Kalifornijos uodų. Uoduose aptikęs 70 įvairių virusų, 46 iš jų mokslininkas galėjo ir pavadinti. Taip atsirado lietuviški arba su Lietuva susiję virusų pavadinimai.

„Virusams davėme tokius vardus kaip „Poccolus“ (sena lietuvių juodmetalio grupė), „Ūsinis“ (baltų dievybė, siejama su dangiškaisiais indoeuropiečių mitologijos dvyniais), „Barstukas“ (baltų mitologinė būtybė), „Miglotas“, „Keturi“ ir pan. Tačiau ganėtinai anksti mano dėmesį patraukė apmaudžiai be vaizduotės pavadintas Uhano uodų virusas 6, pirmą kartą aptiktas Kinijoje 2013 m. Bene pirmiausia į akis dar tuomet kritęs jo bruožas buvo tas, kad jis yra aptinkamas itin plačiai“, – apie kelią iki dabar tyrinėjamo WuMV-6 viruso pasakoja mokslininkas.
Šis virusas tuo metu jau buvo rastas uoduose Švedijoje, Australijoje, Kambodžoje, per pastaruosius kelerius metus aptiktas ir Tunise, Madagaskare, Trinidade, Filipinuose (1 pav.). Pasak dr. G. Dudo, atliekant „agnostišką“ sekoskaitą (dar vadinamą metagenomine sekoskaita, kai nuskaitomos visos mėginyje esančios DNR sekos) paaiškėjo, kad WuMV-6 buvo ne tik ganėtinai dažnas pavienėse uodų populiacijose, bet ir labai paplitęs visame pasaulyje. Toks neįprastas šio tyrimo rezultatas ir didelė duomenų gausa mokslininkams leido taikyti tokius analizės metodus, kurie paprastai naudojami žmonių ar kitų ekonomiškai svarbių rūšių protrūkių ir epidemijų tyrimams, pavyzdžiui, Ebolos viruso, MERS koronaviruso, gripo ir pan.

1 pav. Iki šiol žinomos WuMV-6 radavietės

„Ši analizė parodė, kad WuMV-6, nors pasižymi genetine įvairove, yra kilęs iš vieno bendro protėvio, cirkuliavusio maždaug prieš 20 metų. Tai reiškia, kad per pastaruosius 20 metų šis virusas kažkaip pasklido po Ramiojo vandenyno pakrantės šalis ir tai labai stebina, kadangi uodai nėra laikomi pajėgiais skraiduoliais ir savo gyvenimo metu nenuskrenda toliau nei kelis kilometrus. Ši neįprastai greita viruso migracija iš tikrųjų yra dar spartesnė, nes tyrimai rodo, kad WuMV-6 linijos, vėliau cirkuliavusios Australijoje ir Kalifornijoje (t. y. skirtingose Ramiojo vandenyno pusėse), yra kontaktavusios per pastaruosius aštuonerius metus“, – apie unikalią viruso kelionę pasakoja dr. G. Dudas.

Virusai plinta įgydami naują geną

Analizuojant didelį WuMV-6 viruso paplitimą, buvo keliamos hipotezės apie galimus jo transportavimo mechanizmus. Pavyzdžiui, virusas galėjo būti perneštas dėl žmonių vykdomos veiklos – patekęs į krovinių konteinerį, uodas nuplukdomas į kitą pasaulio šalį, dėl aukštosios atmosferos vėjų ar tradiciškesnio virusų transportavimo būdo – stuburiniuose gyvūnuose. Tokių atvejų jau yra pasitaikę, pvz., Vakarų Nilo karštligės invazija į Šiaurės Ameriką 2001 m., Zika viruso – į abi Amerikas 2014 m. Tačiau tik viena iš keliamų hipotezių gali paaiškinti itin greitą ir unikaliai WuMV-6 paviršiaus baltyme gp64 matomą evoliuciją, kuri primena antigeninį dreifą (angl. antigenic drift) gripo virusų ar SARS-CoV-2 paviršiaus baltymuose.

„Jį sukelia stuburinių gyvūnų antikūnų atsakas populiacijos lygmeniu. Kai kritinė stuburinių populiacijos dalis yra imunizuota (persirgusi ar pasiskiepijusi), populiacijoje randami antikūnai specifiškai atpažįsta virusinius paviršiaus baltymus, kurie juos užkrėtė. Todėl bet koks virusas, turintis šiek tiek pakitusius paviršiaus baltymus, įgyja perdavimo pranašumą, nes yra sunkiau atpažįstamas populiacijoje randamų antikūnų. Virusai su naujesne paviršiaus baltymo versija tampa dominuojančiais užkrėtėjais ir šis ciklas kartojasi. Tokie atrankos epizodai priveda prie greitesnės kai kurių virusų paviršiaus baltymų evoliucijos, ir panašu, kad WuMV-6 gali būti vienas iš tokių virusų“, – pasakoja dr. G. Dudas.

Kalbėdamas apie stuburinius gyvūnus užkrėsti galintį virusą, mokslininkas pabrėžia – nėra jokio pagrindo įtarti, kad numanomas stuburinis WuMV-6 šeimininkas galėtų būti žmogus: „Šio viruso paplitimas pasaulyje beveik garantuoja, kad kiekvienas esame susidūręs su WuMV-6 įkandus uodui, tačiau, nepaisant gan gerai išplėtotos sekoskaita paremtos sergančių žmonių stebėsenos visame pasaulyje, nežinome apie nė vieną žmogaus užsikrėtimo WuMV-6 atvejį.“

Dr. Gyčio Dudo teigimu, nėra jokio pagrindo įtarti, kad numanomas stuburinis WuMV-6 šeimininkas galėtų būti žmogus

Nors WuMV-6 žmogui pavojaus nekelia, vykdomi tyrimai ir išsamesnės žinios apie ortomiksovirusus (šiai virusų šeimai priklauso ne vien WuMV-6, bet ir gripo virusas) leis geriau suprasti, kaip kovoti su mums pavojingais šios virusų grupės nariais ir taikyti įgytas žinias kitoms savo ekologija panašioms virusų grupėms, pavyzdžiui, Vakarų Nilo, Zika, gal net paukščių gripo virusams.

„Yra žinoma, kad ortomiksovirusų genomai sudaryti iš 6–8 atskirų segmentų, o WuMV-6 ir jo giminaičiai turi bent vieną naują segmentą lyginant su artimiausiais giminaičiais. Taip galime nustatyti, kokių funkcijų WuMV-6 ir jo giminaičiams pritrūko, kad ,,reikėjo“ įgauti bent vieną naują geną. Žinome apie panašius pokyčius tarp gripo C/D ir gripo A/B virusų – pastarieji savo evoliucijos metu taip pat įgijo vieną naują geną, dėl kurio galbūt ši grupė tapo agresyvesnė – būtent nuo gripo A ir B virusų skiepijamės kasmet, o gripo C virusai lieka daugiau cirkuliuoti tarp vaikų“, – sako dr. G. Dudas.

Laboratorijoje atliekami pseudovirusų eksperimentai

Dr. G. Dudo laboratorijoje WuMV-6 viruso tyrimai šiuo metu vyksta keliomis kryptimis. Viena iš jų – papildomų WuMV-6 genomų rinkimas iš kitų mokslininkų pasidalintų neapdorotų sekoskaitos duomenų. Tai leidžia tyrėjams geriau įvertinti šio viruso paplitimą ir stebėti paviršiaus baltymo gp64 evoliuciją. Kita kryptis – WuMV-6 sekoskaita Lietuvoje: renkama daugiau informacijos apie šio viruso genetinę įvairovę, siekiant suprasti jo evoliuciją. Trečioji kryptis – vadinamieji pseudovirusų eksperimentai, kai iš nepavojingų virusų (pavyzdžiui, vezikulinio stomatito viruso) genomo nuosavas paviršiaus baltymo genas yra ištrinamas ir pakeičiamas kitu, kurį galima aptikti (pavyzdžiui – švytintys baltymai).

„Atlikdami šiuos eksperimentus galime paskolinti tokiam defektyviam virusui mus dominantį paviršiaus baltymą, tačiau ne geną, kuris jį koduotų – taip gauname virusines daleles (pseudovirusus), kurios naudojasi pasiskolintu baltymu užkrėsdamos ląsteles, bet iš jų pabėgti nebegali be nuosavo paviršiaus baltymo geno. Jei ląstelėse matome mūsų pasirinktą signalą, tarkime, švytinčius baltymus, galime teigti, kad mus dominantis paviršiaus baltymas galėjo patekti į ląsteles. Jei ne – darome išvadą, kad turimų ląstelių paviršiuje nėra virusui reikalingų receptorių, molekulių, kurios padėtų virusui patekti į jų vidų, arba jos pernelyg skiriasi nuo receptorių, randamų ant įprastinio viruso šeimininko ląstelių.

Tokios pseudovirusų sistemos plačiai naudojamos siekiant saugiai tyrinėti ir pavojingų virusų paviršiaus baltymus, pavyzdžiui, Ebolos viruso paviršiaus baltymą GP, kadangi pseudovirusai geba bet kurią ląstelę užkrėsti tik vieną kartą ir savyje neturi likusio tokių pavojingų virusų baltymų arsenalo“, – apie tyrimus pasakoja dr. G. Dudas.

Ortomiksovirusų šeimoje, kuriai priklauso žmogui nepavojingas WuMV-6, yra ir kitų virusų, tokių kaip togotovirusai (Thogotovirus) ir karandžavirusai (Quaranjavirus), kurie buvo aptikti būtent dėl to, kad užkrėtė stuburinius gyvūnus, įskaitant žmones (2 pav.). Todėl dr. G. Dudas ir jo kolegos pseudovirusų eksperimentų metu tiria, kaip sėkmingai įvairių ortomiksovirusų paviršiaus baltymai geba patekti į stuburinių ląsteles. Taip galima saugiai ir anksti įvertinti šios virusų grupės keliamą pavojų stuburinių sveikatai.

2 pav. Ortomiksovirusai kelia ilgalaikį pavojų stuburinių sveikatai – 2015 m. aprašytas Wellfleet Bay karandžavirusas, tolimas (bet ne toks tolimas kaip gripo virusas) WuMV-6 giminaitis, nuo 1998 m. beveik kasmet pražudo šimtus paukščių JAV rytinėje pakrantėje. Shutterstock nuotr.


„Jei matysime, kad WuMV-6 paviršiaus baltymas išties geba patekti į stuburinių gyvūnų ląsteles, pradėsime ieškoti tolesnės stuburinių infekcijos įrodymų grandies – imdami gyvūnų kraują tirsime, ar galime aptikti antikūnų prieš WuMV-6 paviršiaus baltymą gp64 (3 pav.). Jei viskas susiklostys idealiai – galų gale aptiksime WuMV-6 infekciją stuburiniame gyvūne“, – pasakoja mokslininkas.

3 pav. Žalia spalva paženklintas WuMV-6 paviršiaus baltymas gp64 ląstelių paviršiuje. Mildos Norkienės nuotr.

Tyrimų rezultatai – svarbūs mokslo pasauliui ir Lietuvai

Jei dr. G. Dudo ir jo komandos tyrimai siekiant įrodyti, kad WuMV-6 gali užkrėsti stuburinius gyvūnus, būtų sėkmingi, tai būtų vienas pirmųjų mokslinėje literatūroje užfiksuotų atvejų, kai grėsmę stuburiniams gyvūnams keliančius virusus galima atpažinti vien iš WuMV-6 evoliucijos – žvelgiant į priekį, o ne retrospektyviai, įvykus protrūkiui ar aptikus stuburinio užsikrėtimą. Taigi, jei pasitvirtintų stuburinių užsikrėtimai, WuMV-6 galėtų būti naudojamas kaip modelis, siekiant suprasti kitų uodų pernešamų ir grėsmingesnių virusų plitimo kelius, įvertinti galimą jų plitimo greitį.

„Pats faktas, kad WuMV-6 yra randamas visame pasaulyje, taip pat yra svarbus – bet kuri tyrėjų komanda bet kur pasaulyje turėtų prieigą prie šio viruso, jei moka gaudyti uodus. Yra daugybė kitų labiau virusologinio pobūdžio klausimų, kuriuos būtų galima tirti naudojantis WuMV-6, pavyzdžiui, ar ir kaip šis virusas galėtų būti perduodamas kitai uodų kartai per kiaušinėlius, kadangi žinome, kad bent vienas WuMV-6 giminaitis turi šį bruožą. Tokiu virusų palaikymo uodų populiacijoje keliu naudojasi ir žmonėms pavojų keliantys virusai“, – sako dr. G. Dudas.

Mokslininko teigimu, pingant sekoskaitos technologijoms ir pradėjus stebėti virusus, cirkuliuojančius nestuburiniuose gyvūnuose, per pastaruosius dešimt metų pavyko aptikti dešimt kartų didesnę ortomiksovirusų genetinę įvairovę nei per 70 metų iki tol. Vis dėlto jis atkreipia dėmesį, kad virusų įvairovė yra baigtinė, todėl itin svarbu tirti jau atrastus virusus ir kaupti reikalingą informaciją, ypač kai tai daryti įmanoma Lietuvoje.

„Su dr. Milda Norkiene, jos studente Monika Repšyte ir dr. Algirdu Žiogu vykdome tyrimus laboratorijoje. Taip pat negalime išsiversti be kolegės dr. Rasos Bernotienės, kuri gaudo uodus Lietuvoje, ir dr. Miglės Tomkuvienės bei jos studentės Miglės Kazlauskaitės, be kurių pagalbos neturėtume nei PGR testo šiam virusui, nei sekoskaitos. Tikiuosi, kad, ilgainiui tobulinant WuMV-6 tyrimų modelį Lietuvoje, mokslinėje literatūroje liks ryškus pėdsakas, kad Vilniaus universiteto Gyvybės mokslų centro tyrėjai buvo pirmieji, pamatę šios sistemos potencialą“, – viliasi dr. G. Dudas.