Они появляются внезапно и, как и коронавирус SARS-CoV-2, могут спровоцировать крупные эпидемии: вирусы, которых никто не заметил. На самом деле они не новы, но они изменились генетически. В частности, обмен генетическим материалом между разными видами вирусов может привести к внезапному появлению угрожающих патогенов со значительно измененными характеристиками.
Об этом свидетельствуют текущие генетические анализы, проведенные международной группой исследователей. Вирусологи из Немецкого онкологического исследовательского центра (DKFZ) руководили масштабным исследованием, опубликованным в журнале PLOS Pathogens.
«Используя новый метод компьютерного анализа, мы обнаружили 40 ранее неизвестных нидовирусов у различных позвоночных, от рыб до грызунов, в том числе 13 коронавирусов», — сообщает руководитель группы DKFZ Стефан Зейтц. С помощью высокопроизводительных компьютеров исследовательская группа, в которую также входит рабочая группа Криса Лаубера из Центра исследований инфекций имени Гельмгольца в Ганновере, проанализировала почти 300 000 наборов данных. По мнению вирусолога Зейтца, тот факт, что теперь мы можем анализировать такие огромные объемы данных одновременно, открывает совершенно новые перспективы.
Исследования вирусов все еще находятся в относительном зачаточном состоянии. Известна лишь часть всех вирусов, встречающихся в природе, особенно тех, которые вызывают заболевания человека, домашних животных и сельскохозяйственных культур. Таким образом, новый метод обещает квантовый скачок в знаниях о естественном резервуаре вируса. Стефан Зейтц и его коллеги отправили генетические данные позвоночных, хранящиеся в научных базах данных, через свои высокопроизводительные компьютеры с новыми вопросами. Они искали инфицированных вирусом животных с целью получения и изучения вирусного генетического материала в больших масштабах. Основное внимание было уделено так называемым нидовирусам, к которым относится семейство коронавирусов.
Нидовирусы, генетический материал которых состоит из РНК (рибонуклеиновой кислоты), широко распространены у позвоночных. Эта богатая видами группа вирусов имеет некоторые общие характеристики, которые отличают их от всех других РНК-вирусов и документируют их родство. Однако в остальном нидовирусы сильно отличаются друг от друга, т.е. размером своего генома.
Одно открытие особенно интересно в отношении появления новых вирусов: у животных-хозяев, одновременно инфицированных разными вирусами, во время репликации вируса может происходить рекомбинация вирусных генов.
«Очевидно, нидовирусы, которые мы обнаружили у рыб, часто обмениваются генетическим материалом между разными видами вирусов, даже несмотря на границы семейств», — говорит Зейтц. А когда дальние родственники «скрещиваются», это может привести к появлению вирусов с совершенно новыми свойствами. По мнению Зейтца, такие эволюционные скачки могут повлиять на агрессивность и опасность вирусов, а также на их привязанность к определенным животным-хозяевам.
«Генетический обмен, который мы обнаружили в вирусах рыб, вероятно, будет происходить и в вирусах млекопитающих», — объясняет Зейтц. Летучие мыши, которые, как и землеройки, часто заражены большим количеством различных вирусов, считаются настоящим плавильным котлом. Коронавирус SARS-CoV-2, вероятно, также развился у летучих мышей и перешел оттуда к человеку.
После обмена генами между нидовирусами часто меняется белок-шип, с помощью которого вирусы прикрепляются к клеткам-хозяевам. Крис Лаубер, первый автор исследования, смог показать это посредством анализа генеалогического древа. Модификация этой якорной молекулы может существенно изменить свойства вирусов в их пользу — повысив их заразность или позволив им менять хозяев.
Смена хозяина, особенно с животного на человека, может значительно облегчить распространение вируса, как наглядно продемонстрировала пандемия короны. Вирусные «изменители правил игры» могут внезапно появиться в любой момент, став серьезной угрозой и – если дойдет до дна – спровоцировав пандемию. Отправной точкой может быть одно животное-хозяин, дважды инфицированное.
Новый высокопроизводительный компьютерный процесс может помочь предотвратить распространение новых вирусов. «Это позволяет систематически искать варианты вируса, потенциально опасные для человека», — объясняет Зейтц.
Исследователь DKFZ видит еще одно важное возможное применение в своей специальной области исследований — вирус-ассоциированном канцерогенезе: «Я мог бы представить, что мы могли бы использовать новые высокопроизводительные вычисления (HPC) для систематического обследования больных раком или людей с ослабленным иммунитетом на наличие вирусов. Мы известно, что рак может быть вызван вирусами, наиболее известным примером которых являются вирусы папилломы человека. Но мы, вероятно, пока видим только верхушку айсберга. Метод HPC дает возможность отслеживать вирусы, которые ранее не были обнаружены. организм человека и повышают риск возникновения злокачественных опухолей».
