Использование генетических инструментов для борьбы со вспышками вирусов

На рубеже тысячелетий появились и быстро распространились по миру новые штаммы смертельных вирусов. Мы видели вспышку коронавируса SARS в 2003 году и гораздо более крупную пандемию «свиного гриппа» H1N1 в 2009 году.
Другие вирусы кажутся готовыми к распространению. Геморрагическая лихорадка Эбола вспыхнула в нескольких городах Западной Африки. Коронавирус MERS был обнаружен у людей и верблюдов на Ближнем Востоке. В течение последнего десятилетия «птичий грипп» H5N1 ежегодно убивает огромное количество диких и домашних птиц, а в некоторых случаях он может передаваться от птиц к людям.
Наши изменяющиеся привычки, похоже, помогают вирусам распространяться быстрее, чем всего несколько десятилетий назад. Мы регулярно путешествуем на самолете по всему миру. Кто-то может однажды подвергнуться воздействию вируса, а на следующий день принести его обратно в свой город. Города становятся больше и плотнее, и мы собираемся большими толпами на спортивных и других мероприятиях.
К счастью, сегодня ученые могут использовать генетические инструменты, такие как секвенирование ДНК, для изучения новых штаммов вирусов. Эти инструменты помогают исследователям выявлять причину инфекции, собирать воедино историю о том, откуда берутся новые вирусы, диагностировать новые случаи и разрабатывать профилактические вакцины.

Основы вирусов

Вирусы — это фрагменты генетической информации — либо ДНК, либо РНК, — завернутые в белки и иногда покрытые мембраной. В отличие от бактерий, вирусы не могут сделать что-то большее: для размножения они полагаются на клетки, которые заражают.
На поверхности вирусов есть белки, которые действуют как ключи. Белки прикрепляются к рецепторам на клетке, обеспечивая путь для проникновения вируса. Оказавшись внутри, вирусы захватывают внутренний механизм клетки для размножения. При выходе из клетки новые вирусы атакуют другие клетки и продолжают инфекцию.

Вирусы быстро мутируют

Каждый раз, когда копируется генетический материал вируса, существует вероятность мутации. Эти «опечатки» в процессе копирования вносят изменения в вирусные гены, которые могут повлиять на характеристики вируса. Вариации могут позволить вирусу проникнуть в клетку, что раньше было невозможно; сделать вирус более разрушительным, поэтому некоторые штаммы вирусов более смертоносны, чем другие; или помочь ему уклониться от иммунной системы хозяина.
Как только клетка заражена, она создает много-много копий вируса. При таком большом количестве копий мутации происходят часто, быстро создавая множество генетических вариаций.
Именно из-за мутаций каждый год рекомендуются новые вакцины против гриппа. Каждый сезон гриппа мутация порождает несколько иной набор вирусов, чем мы видели годом ранее.

Читайте также:  Генетическая связь

Вирусы имеют общие гены

Если клетка заражена двумя разными вирусами одновременно, вирусы могут обмениваться генетической информацией. Этот процесс может генерировать новые и потенциально очень опасные вирусы, в том числе те, которые могут переходить от одного вида к другому.
Допустим, свинья заражена двумя вирусами: один может заражать только свиней, а другой может заражать и свиней, и людей. Если вирус только для свиней заберет ген, который кодирует «ключ» белка клеточной поверхности от другого вируса, он может получить способность заражать клетки человека. Эта ситуация опасна, потому что иммунная система человека, возможно, никогда раньше не сталкивалась с чем-либо подобным свиному вирусу, и она может быть плохо подготовлена ​​для борьбы с ним.
Подобные процессы могут рекомбинировать гены вирусов птиц и человека, а также генерировать новые штаммы, которые могут быть более смертоносными или распространяться более эффективно.

Отслеживание распространения болезни

Технология секвенирования ДНК может помочь ученым отследить путь инфекции. Вирусы быстро мутируют. Так что, если два человека являются переносчиками вирусов с одинаковой генетической последовательностью, они, вероятно, подхватили их из одного и того же места. Возвращаясь к источнику, ученые могут узнать, кто еще мог подвергнуться воздействию, а работники здравоохранения могут быть готовы к новым случаям.
Секвенирование ДНК также используется для отслеживания источников загрязнения пищевых продуктов. Например, в 2013 году секвенирование ДНК использовалось для диагностики нескольких случаев редкого вирусного гепатита А. Людей с инфекцией опрашивали, чтобы узнать, что у них общего, и вирус был отслежен до конкретного продукта. Чиновники уведомили производителей, сняли товар с полок и прекратили его ввоз. Подобная оперативная детективная работа может предотвратить заболевание многих людей.

Диагноз

При заражении пациента особо опасным вирусом его необходимо изолировать, а всех, с кем он контактировал, необходимо обследовать на наличие симптомов. Но, основываясь только на симптомах, может быть трудно отличить опасный вирус от менее опасного. Всех пациентов с симптомами необходимо будет изолировать и лечить соответствующим образом, что ложится бременем на пациентов и их семьи и быстро перегружает больницы. Но с помощью генетического теста врачи могут быстро поставить правильный диагноз.

Лечение и профилактика

Знание генетической последовательности вируса может помочь в профилактике заболеваний, что позволит быстрее разработать вакцину. Вакцина обычно содержит либо более мягкую версию вируса, либо отдельные вирусные белки, полученные в лаборатории. Когда вакцину вводят пациенту, иммунная система реагирует созданием антител, которые защищают человека от инфекции в будущем.

Знание генетического состава вируса также может помочь исследователям найти способы лечения инфекции. Информация о последовательности помогает ученым предсказать структуру ключевых белков, участвующих в инфекционной способности и репродукции вируса. Эта информация может помочь тем, кто работает над разработкой противовирусных препаратов, которые можно использовать для лечения пациентов.

Тематическое исследование: вспышка атипичной пневмонии в 2003 г.

В марте 2003 года американский бизнесмен китайского происхождения умер во Вьетнаме от тяжелой болезни, похожей на грипп. Вскоре после этого сообщения о новой болезни, которую тогда называли «атипичной пневмонией», попали в заголовки газет по всему миру. В международном сообществе охватила паника: никто не знал, откуда взялась эта болезнь и чем она вызвана. Болезнь быстро распространялась и была смертельной.
По мере увеличения числа зарегистрированных случаев Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) выпустила глобальное предупреждение в отношении болезни, которая теперь называется тяжелым острым респираторным синдромом (ТОРС). Вскоре после этого появилось больше информации о происхождении болезни и причинах ее распространения по всему миру.

Как началась ОРВИ

Первые случаи атипичной пневмонии, вероятно, возникли в ноябре 2002 года в городе Фошань, расположенном в китайской провинции Гуандун. Однако китайское правительство не сразу сообщило о вспышке. В феврале 2003 г. министерство здравоохранения Китая сообщило о 305 случаях болезни, в результате которой пять человек погибли, и это быстро ухудшило здоровье пациентов и привело к дыхательной недостаточности. Около трети пострадавших были медицинскими работниками.
Впервые атипичная пневмония привлекла внимание за пределами Китая в марте 2003 года, когда доктор Карло Урбани, представитель ВОЗ во Вьетнаме, сообщил о нескольких случаях «атипичной пневмонии» в больнице, где он работал. Первым из этих дел стал китайский бизнесмен. После этих отчетов ВОЗ, наконец, смогла отследить болезнь и объяснить ее распространение во многих странах. 29 марта сам доктор Урбани умер от атипичной пневмонии.

Читайте также:  Почему Клон?

По следам ОРВИ

1. Врач, который лечил больных атипичной пневмонией в провинции Гуандун, Китай, едет в Гонконг и останавливается на 9-м этаже отеля. 2. ТОРС перешел к жителю Гонконга, посетившему 9-й этаж отеля. 3. ОРВИ передается гостю бортпроводника на 9 этаже, который затем летит в Сингапур. 4. ТОРС перешел к гостю-бизнесмену на 9-м этаже, который затем едет во Вьетнам. 5. SARS перешел к туристу на 9-м этаже, который возвращается домой в Торонто, Канада.

Перед поездкой во Вьетнам бизнесмен остановился в Гонконге, на девятом этаже отеля «Метрополь». В то же время на том же этаже гостил врач из провинции Гуандун. Врач лечил пациентов с атипичной пневмонией в Гуандуне до своего визита в Гонконг, таким образом вынеся болезнь из провинции Гуандун.
Вскоре после визита врача в Гонконг заболели другие люди, связанные с девятым этажом отеля. Вскоре выяснилось, что гуандунский врач заразил еще 12 гостей и посетителей. Среди них были турист из Торонто, стюардесса из Сингапура, бизнесмен, впоследствии побывавший во Вьетнаме, и местный житель Гонконга, гостивший у знакомого в отеле.
Человеку, зараженному атипичной пневмонией, может потребоваться до 10 дней, чтобы действительно заболеть. Из-за этого длительного инкубационного периода гости отеля невольно занесли болезнь из Гонконга воздушным транспортом в Канаду, Вьетнам и Сингапур. Когда эти пациенты действительно заболевали, их симптомы были настолько похожи на грипп, что их не сразу диагностировали. Семьи пациентов и медицинские работники подверглись воздействию и заразились этой болезнью. После смерти некоторых пациентов власти Канады и Сингапура сообщили об этих случаях в ВОЗ, которая немедленно выпустила глобальное предупреждение.

Наука находит виновного

Когда стало ясно, что появилось новое заболевание, были предприняты шаги по его сдерживанию и поиску возможных причин. Поскольку инфекционный агент был неизвестен, а существующие методы лечения, казалось, не сработали, больницы прибегали к старым методам, таким как карантин и изоляция пациентов, чтобы предотвратить дальнейшее распространение.
Поскольку болезнь была новой, необходимы научные исследования для разработки диагностических инструментов и методов лечения. ВОЗ начала скоординированную работу по выявлению источника и причины атипичной пневмонии, объединив для достижения этой цели одиннадцать лабораторий со всего мира.
16 апреля 2003 г. сеть лабораторий объявила, что нашла причину атипичной пневмонии: вирус.

Оцените статью
Генетика - сайт о науке
Добавить комментарий