Evolusyon ng Trangkaso: Kung Paano Ginagamit ng mga Siyentipiko ang Genome Sequencing sa Pagtataya sa Hinaharap

Ang ebolusyon ay kadalasang napakabagal, isang proseso ng pagbabago na tumatagal ng libu-libo o milyun-milyong taon upang makita.

Ngunit para sa trangkaso, ang ebolusyon ay mabilis - at nakamamatay. Ang mga virus ng trangkaso ay mabilis na nagbabago upang makatakas sa mga panlaban ng katawan. Bawat ilang taon, ang mga bagong variant ng trangkaso ay lumabas at nagiging sanhi ng mga epidemya sa buong mundo.

Ang pagkontrol sa pagkalat ng flu ay nangangahulugang pagharap sa patuloy na ebolusyon. Bawat taon, ang mga eksperto mula sa World Health Organization (WHO) ay dapat gumawa ng kanilang pinakamahusay na hulaan tungkol sa kung paano ang virus ay magbabago upang piliin kung aling mga strain ng trangkaso ang isasama sa taunang bakuna.

Ang trabaho na ito ay mahirap at hindi tiyak, at ang mga pagkakamali ay may tunay na mga kahihinatnan. Sa buong mundo, ang trangkaso ay nagdudulot ng ilang milyong tao bawat taon at nagiging sanhi ng daan-daang libong pagkamatay. Sa mga taon kapag ang mga paghuhula ay nakaligtaan ang marka at ang pagbaril ng trangkaso ay ibang-iba mula sa mga sirkulasyon ng mga strain, mas maraming tao ang maaaring mahawa sa impeksiyon.

Sa nakalipas na ilang taon, ang mga pag-unlad sa pagkakasunud-sunod ng genome ay sinimulan upang ibuhos ang liwanag sa mga simula ng paglaganap ng viral, malalim sa mga indibidwal na impeksiyon. Nagtataka kami kung, para sa trangkaso, ang impormasyong ito ay maaaring magbigay sa amin ng isang maagang sulyap sa hinaharap na mga pandaigdigan na evolusyonaryong uso.

Ano ang maaaring sabihin sa amin ng impeksyon ng trangkaso sa isang tao tungkol sa kung paano nagbabago ang virus sa buong mundo? Habang lumalabas ito, isang nakakagulat na halaga.

Hinahanap Deep Sa loob ng isang Impeksiyon

Ang bawat hakbang sa evolution ng trangkaso ay nagsisimula sa isang pagkakamali. Habang ang mga virus ay kumopya sa kanilang sarili sa isang taong nahawahan, sila ay minsan ay nagbabago, lumilikha ng maliliit na pagbabago sa kanilang genetic blueprint.

Karamihan sa mutasyon ay nakakapinsala sa virus dahil nilalabag nila ang makinarya na kailangan nito. Ngunit sa tuwing kadalasan, ang isang mutant virus ay nakasalalay, at kahit na lumalaki. Ang mga virus ay naglalaro ng pare-parehong laro ng cat-and-mouse kasama ang immune system ng tao. Minsan, ang isang mutant virus ay maaaring magkakaiba lamang upang makatakas sa paunawa ng katawan.

Ang isang mutant virus na may ganitong uri ng kalamangan ay maaaring mabilis na dumami at dumating upang dominahin ang impeksiyon. Sa kalaunan, maaari itong kumalat mula sa tao patungo sa tao, at mula roon, magsimulang kumalat sa buong mundo.

Kamakailan, mas madali itong masubaybayan kung paano nagbabago ang mga virus sa loob ng katawan ng tao. Ang parehong advances na ginawa ito mura at madaling upang pagkakasunud-sunod ng mga genome ng tao ay nagbabago kung paano namin pag-aralan ang mga virus. Para sa gastos ng pagkakasunod-sunod ng isang solong genome ng tao, maaari naming pagkakasunud-sunod ng libu-libong mga virus mula sa buong isang impeksyon upang subaybayan ang mga bagong mutasyon habang sila ay lumabas.

Ang mga mutasyon ay maaaring magpakita sa amin kung paano ang reaksyon ng virus sa mga mapaghamong kapaligiran sa loob ng katawan ng tao. Para sa HIV, kung saan ang mga impeksiyon ay madalas na huling mga taon o kahit na mga dekada, ang ebolusyon ay maaaring malaki, kahit na sa isang solong tao. Sa partikular, ang mga virus ay madalas na nagbabago sa paglaban ng gamot bilang tugon sa antiviral treatment.

Pagsubaybay sa Evolution ng Trangkaso sa 4 Mahabang Impeksyon

Sinimulan namin kamakailan ang viral evolution sa apat na pasyente ng kanser na nagkaroon ng impeksyon sa trangkaso na tumatagal ng ilang buwan. Karamihan sa mga impeksyon sa trangkaso ay humigit-kumulang sa isang linggo, na naglilimita sa dami ng pagbabago na maaaring mangyari. Ngunit sa mga pasyente na may mahinang sistema ng immune, ang mga impeksiyon ay maaaring tumagal ng mahabang panahon, na may malubhang epekto.

Paano nagbago ang trangkaso sa loob ng mahahabang impeksyon? Sa pamamagitan ng pagkakasunud-sunod ng mga virus mula sa iba't ibang panahon sa panahon ng impeksiyon at paghahambing ng kanilang mga genome, nakilala namin ang mga bagong mutasyon at sinusubaybayan ang kanilang mga fate.

Ang ebolusyon ay kumilos sa loob ng ilang linggo. Isang malinaw na halimbawa ang paglaban sa Tamiflu. Ang mga pasyente na pinag-aralan namin ay dinadala ang gamot upang makontrol ang kanilang mga impeksiyon. Subalit, tulad ng sa mga naunang pag-aaral, ang mga virus na nagdadala ng mga mutasyon sa paglaban sa droga sa kalaunan ay lumitaw. Ang mga mutasyon ay maaaring bahagyang ipaliwanag kung bakit ang mga impeksiyon ay tumagal nang mahaba.

Ang mga mutasyon ng paglaban sa droga ay hindi lamang ang mga pagbabago sa ebolusyon na nakita natin. Half isang dosenang mutant virus, ang lahat ay bahagyang naiiba sa isa't isa, kung minsan ay nakikipagkumpetensya nang sabay-sabay sa iisang tao.

Ang mga kumpetensyang mga virus na ito ay gumawa ng ebolusyon ng isang komplikadong bagay. Ang isang mutasyon na nagsimula na kumalat sa isang linggo ay minsan namamatay sa susunod. Siguro, ito ay hindi nakuha ng isang mas mahusay na mutasyon.

Sa ilang mga kaso, natagpuan namin ang eksaktong parehong mutasyon sa mga virus mula sa iba't ibang mga pasyente sa aming pag-aaral, kahit na masasabi namin na ang mga pasyente ay hindi makahawa sa isa't isa. Gusto lang namin bihirang asahan ang gayong pagkakatulad sa mangyayari dahil sa pagkakataon. Ang mga virus ay maaaring na-hit sa mga katulad na adaptations bilang tugon sa mga evolutionary hamon. Ang ilan sa mga mutasyon na ito ay maaaring nakatulong sa virus na maiwasan ang immune system, echoing iba pang mga pag-aaral.

Pagtataya ng Hinaharap

Higit pa, maraming mga mutasyon sa loob ng mga pasyente na ito ay tumutugma sa mga mutasyon na sa kalaunan ay kumalat sa buong mundo. Sa mga spike ng panlabas na amerikana ng trangkaso, na tumutulong sa virus na makapasok sa mga cell host, ang mutasyon N225D ay lumitaw sa tatlo sa apat na pasyente sa aming pag-aaral. Sa pamamagitan ng 2015, mga 8 taon matapos mahawa ang aming mga pasyente, karamihan sa mga virus ng trangkaso sa buong mundo ay dinala ang eksaktong parehong pagbabago.

Para sa amin, ito ay hindi inaasahang. Ang ebolusyon ay puno ng mga trade-off, at ang ilang mga mutasyon na tumutulong sa pag-iangkop sa trangkaso sa loob ng mga tao ay maaaring magpabagal sa paghahatid nito mula sa tao patungo sa tao. Hindi rin namin nalalaman kung ang ebolusyon sa gayong mga hindi pangkaraniwang mahahabang sakit ng trangkaso ay tumutugma sa mga pattern ng pagbabago sa buong mundo.

Ngunit sa aming pag-aaral, ang ebolusyon ng trangkaso sa indibidwal na mga tao ay nagpakita ng kamangha-manghang pagkakatulad sa ebolusyon sa buong mundo. Maaari naming makita ang mga pahiwatig ng ilang mga pandaigdigan na evolusyonaryong uso sa loob lamang ng ilang mga indibidwal.

Tulad ng patuloy na pagpapabuti ng mga teknolohiya, nagiging mas madali ang pagtingin sa malalim na mga impeksyon sa trangkaso, tulad ng ginawa namin. WHO labs sequence strains strains mula sa libu-libong tao bawat taon upang subaybayan ang paglaki ng trangkaso. Ang mga mananaliksik ay sumunod sa higit at higit pang mga strain sa mga paraan na hinahayaan natin ang mga mutasyon habang sila ay unang lumitaw sa loob ng indibidwal na mga tao.

Ang bawat isa sa mga libu-libong impeksyon ay tulad ng isang hiwalay na eksperimento sa ebolusyon. Sa pamamagitan ng paghahambing ng mga mutasyon na lumilitaw sa magkakaibang mga impeksyon, maaari tayong magkaroon ng kahulugan ng mga posibilidad at mga hadlang sa ebolusyon.

Sa isang lugar down na ang linya, ang ganitong uri ng impormasyon ay maaaring makatulong sa forecast ng evolution ng trangkaso. Sa ngayon, hindi bababa sa, natuklasan nito ang ilan sa mga dynamic na proseso ng ebolusyon na nagaganap sa loob ng bawat isa sa atin.

Ang artikulong ito ay orihinal na na-publish sa The Conversation ni Katherine Xue at Jesse Bloom. Basahin ang orihinal na artikulo dito.