Исследователям из медицинского института при университете Мэриленда (University of Maryland School of Medicine) в Балтиморе и их коллегам из университета Висконсин-Мэдисон (University of Wisconsin-Madison) удалось полностью расшифровать геномы всех известных штаммов риновирусов и составить для них «генеалогическое древо», иллюстрирующее их родственные связи.
«Попытки создания эффективных лекарств от простуды до сих пор не увенчивались успехом из-за нехватки генетической информации о разновидностях риновирусов», - считает руководитель проекта, профессор медицины и физиологии Стивен Лиггетт (Stephen B. Liggett), работающий в медицинском институте при университете Мэрилэнда и возглавляющий «Программу по сердечно-легочной геномике» (Cardiopulmonary Genomics Program).
«Обычно мы относимся к простудам как к чему-то несущественному, однако они могут поражать людей любого возраста и вызвать приступы астмы у всех возрастных групп. Кроме этого, недавно проведенные исследования указывают на то, что риновирусные инфекции у детей раннего возраста способны перепрограммировать их иммунную систему таким образом, что к подростковому периоду у них развивается астма», - говорит профессор Лиггетт, также являющийся специалистом в областях пульмонологии и молекулярной генетики.
Основные результаты исследования
Ученые обнаружили, что риновирусы человека организованы в 15 небольших групп, происходящих от разных предшественников. Это открытие объясняет неэффективность подхода «одно лекарство от всех вирусов» в разработке противовирусных средств. Профессор Лиггетт считает, что более реалистичным может стать создание нескольких противовирусных лекарств, воздействующих на определенные генетические участки нескольких групп риновирусов. А вопрос о назначении конкретного средства должен решаться на основании генетических характеристик риновирусной инфекции пациента.
Профессор Лиггетт также полагает, что, наряду с созданием эффективных противовирусных препаратов, успешной может оказаться разработка противовирусных вакцин, в особенности, если просеквенировать геномы риновирусов, полученных от многих заболевших простудой людей и установить частоту мутаций риновирусов, приходящуюся на сезон заболеваемости. Такие исследования проводятся в настоящее время.
Ученые также обнаружили, что синтез белков риновирусов происходит по упрощенной схеме по-сравнению с белковым синтезом клеточных организмов, что, возможно, является причиной короткого периода между инфицированием и появлением первых симптомов заболевания. Это открытие также может быть использовано для разработки новых подходов в терапии риновирусной инфекции.
Генетический анализ показал, что некоторые риновирусы человека сформировались в результате обмена генетическим материалом между двумя разными штаммами вируса, инфицировавшими одного человека. А ранее считалось, что обмен генетическим материалом (так называемая рекомбинация) между разными риновирусами человека невозможен. В периоды повышенной заболеваемости простудами, вызываемыми обычно разными штаммов риновирусов, механизм рекомбинации способен приводить к быстрому образованию новых разновидностей риновирусов.
В новых образцах вирусов, изолированных у людей, заболевших простудой, были обнаружены множественные мутации (до 800), по сравнению с контрольным штаммом вируса-предшественника. Некоторые вирусы приобретают способность ускользать от иммунной системы человека путем приобретения незначительных мутаций в генах, кодирующих белки, отвечающие за узнавание и уничтожение вируса иммунокомпетентными клетками. Мутации были обнаружены во всех участках риновирусных геномов.
Изучение вирусных образцов, изолированных у большого количества людей, заболевших риновирусной инфекцией, сделает возможным определение наиболее подверженных мутациям и рекомбинации областей риновирусных геномов, а также устойчивых к мутациям участков геномов.
Предыстория исследования
Риновирусная инфекция вызывает до половины всех случаев приступов астмы и является фактором риска для возникновения бронхита, синусита, воспаления среднего уха и пневмонии. На лечение симптомов простуды - кашля, насморка, чихания, - в США расходуется до $ 60 миллиардов ежегодно, включая расходы на визиты к врачам, стоимость лекарств, направленных на снятие симптомов простуды и отпускаемых без рецепта, зачастую необоснованный прием антибиотиков и пропущенные трудодни.
На момент начала этого проекта было просеквенировано всего несколько дюжин риновирусных геномов, составивших библиотеку «контрольных» геномов сравнения – коллекцию из 99 замороженных разных штаммов риновирусов, изолированных у заболевших простудой людей. Вошедшие в библиотеку штаммы собирали на протяжении десяти лет.
Исследование группы профессора Лиггетта пополнило библиотеку риновирусных штаммов 80 новыми с полностью просеквенированными геномами. Еще 10 разновидностей риновирусов, геномы которых были тоже полностью просеквенированы, были совсем недавно изолированы у больных простудой людей. По словам профессора Лиггетта, «теперь мы можем соединить многие детали риновирусного пазла человека для того, чтобы ответить на некоторые фундаментальные вопросы: каким образом риновирусы мутируют при передачи от одного человека другому, какие штаммы риновирусов наиболее ассоциированы с обострениями астмы и почему риновирусная инфекция, перенесенная в раннем детстве, способна вызывать астму в более позднем возрасте. Обладая всей этой информацией, мы видим в ней большой потенциал для разработки эффективного средства от простуды с помощью новейших геномных и молекулярных методик».
«Недавние технологические успехи, включая методики секвенирования ДНК второго поколения, упростили получение информации о полных геномных последовательностях. Изучение ограниченного участка частицы риновируса, направленное на понимание его функции, выявление доминирующего штамма в риновирусной популяции и попытки разобраться в эволюции вирусной частицы теперь потеряли смысл. Вместо этого, изучая целые геномные последовательности риновирусов, мы сможем ответить на все эти вопросы параллельно», - считает профессор медицины и микробиологии из медицинского института при университете Мэриленд Клэр Фразер-Лиггетт (Claire M. Fraser-Liggett), являющаяся также директором Института Геномных Наук (Institute for Genome Sciences).
