2013 년 말, Chikungunya라는 모기 매개 바이러스가 서반구에서 처음으로 나타났습니다. Chikungunya 또는 "Chik"은 인간 호스트를 거의 죽이지 않습니다. 그러나 그것은 열, 발진 및 관절 통증을 쇠약하게 할 수 있습니다. 카리브해에 처음 도착한 지 2 년 만에 Chik은 아메리카 전역에 격렬하게 퍼졌습니다. 이제 44 개국과 영토에서 백만 명이 넘는 사람들이 감염되어 모기-지대 고통의 반구 전체 무리를 만듭니다.
Chik의 성공에 기여한 것과 같은 생물학적 단점은 연구원들에게 싸우는 방법과 다른 바이러스를 보여주고 있습니다. Chik은 인플루엔자, 웨스트 나일 바이러스, 간염 및 에볼라와 마찬가지로 RNA 바이러스입니다. 유전자 정보의 두 사본을 포함하는 DNA 바이러스와 달리 RNA 바이러스는 단일 가닥입니다. 복제하면 단일 가닥의 오류가 전달됩니다. 결과적으로 복사는 조잡하므로 각 세대의 RNA 바이러스는 많은 오류가있는 경향이 있습니다. 몇 세대 만에 단일 바이러스는 밀접하게 관련된 바이러스의 돌연변이 무리가 될 수 있습니다.
이 바이러스 성 유전자 뒤죽박죽은 파리의 파스퇴르 연구소 (Pasteur Institute)의 바이러스 학자 인 마르코 비네 누지 (Marco Vignuzzi)에게 Chik과 같은 RNA 바이러스의 미래 진화를 예측하는 방법을 주었다. Vignuzzi는 바이러스의 세계 모험 초기에 발생한 Chik에서 단일 돌연변이를 다시 만들었습니다. 이제 Vignuzzi는 Chik의 미래를 예측하려고합니다. 지난 6 월, 뉴 올리언즈에서 열린 미국 미생물 학회 연례 회의에서 Vignuzzi는 다음에 발달 할 가능성이 가장 높은 두 가지 돌연변이를 선보였습니다.
.바이러스는 까다 롭고 복잡한 짐승입니다. 아무도 그들이 무엇을할지 정확히 예측할 수 없습니다. 그러나 연구자들이 우리 주변의 바이러스의 빠르게 변화하는 바이러스 세계보다 한 걸음 앞서 나가려면 바이러스 성 무리를 해체해야 할 것입니다.
바이러스 성 냄비
거의 40 년 동안 과학자들은 RNA 바이러스가 어떻게 많은 돌연변이를 가질 수 있고 여전히 성공할 수 있는지 이해하기 위해 노력해 왔습니다.
1970 년대 후반, 마드리드 자율 대학의 바이러스 학자 에스테반 도밍고 (Esteban Domingo)는 박테리아를 감염시키는 RNA 바이러스를 사용하여 복제의 경사를 측정하려고 노력했다. 그는 바이러스가 게놈을 평균적으로 복사 할 때마다 하나의 돌연변이가 발생한다는 것을 발견했다. 결과적으로, 단일 바이러스는 거의 동일하지만 거의 동일하지 않은 딸 바이러스 배열을 생성합니다. 모든 세대는 또 다른 바이러스 배열을 낳아 도밍고가 바이러스의 "돌연변이 구름"이라고 불렀습니다.
그러나 바이러스 구름에서의 대부분의 돌연변이는 바이러스에 문제가 발생합니다. 연구원들은 건강한 바이러스의 단일 돌연변이 버전이 멸종 될 것으로 보인다고 가정했습니다. 그러나 2006 년에 과학자들은 미얀마에서 번성하는 뎅기열 바이러스에 대한 설명을 발표했습니다.
바이러스가 세포를 감염 시키면 세포의 게놈을 복사하기 시작하여 돌연변이가 발생합니다. 딸 바이러스가 유전자와 단백질의 세포질 수프에 자신을 조립할 때, 결과적 인 바이러스는 종종 이러한 돌연변이 된 카피의 매시업입니다. 한 돌연변이가 뎅기열에서 발생한 것처럼 멍청한 단백질을 생성한다면, 좋은 사본이있는 떼의 다른 바이러스 때문에 바이러스가 생존 할 수 있습니다. 도밍고는 그것을 포트 럭으로 생각한다고 말했다. 호스트는 사람들에게 많은 종류의 요리를 가져 오라고 요청합니다. 그렇게하면 한 사람이 늦게 도착하거나 파이를 태우면 단일 누락 된 품목은 저녁 식사를 망치지 않습니다.
바이러스의 경우 Chik과 Dengue가 인간과 모기와 함께하는 것처럼 다양한 숙주를 감염시킬뿐만 아니라 동일한 숙주 내에서 다른 조직을 감염시킬 수 있습니다. Domingo는“이 돌연변이 구름은 바이러스가 새로운 조직과 새로운 숙주를 더 쉽게 탐색 할 수있게 해줍니다.
2005 년 Vignuzzi는 샌프란시스코 캘리포니아 대학교의 바이러스 학자 Raul Andino 실험실의 연구원으로서 또 다른 RNA 바이러스 소아마비를 연구하고있었습니다. 소아마비 감염은 장에서 시작하여 뇌로 이동하는 경향이 있습니다. Vignuzzi는 바이러스 다양성이 도약에서 수행하는 역할을 연구하고 싶었습니다. 그는 평소보다 오류가 적은 게놈을 복사하는 소아마비 바이러스를 공학하면서 시작했습니다. 바이러스는 뇌가 직접 주사되어 여행을 위해 여행 할 필요가없는 한 뇌를 잘 감염시킬 수 있습니다. 그러나 다양성의 무리가 없으면 바이러스는 장에서 뇌로 이동할 수 없었습니다.
다음으로, Vignuzzi와 그의 동료들은 화학 물질을 사용 하여이 소아마비 바이러스에서 돌연변이를 유도하여 돌연변이 구름의 크기를 확대했습니다. 소아마비는 내장에서 뇌로 이동하여 꽤 잘 감염되었습니다. 바이러스는 일을하기 위해 큰 떼가 필요했습니다.
Vignuzzi는“이것은 우리가 돌연변이의 수를 조절하고 돌연변이 떼가 생물학적으로 관련이 있는지 또는 사고인지를 처음으로 볼 수있는 것은 이번이 처음이었다”고 말했다. "그리고 우리는 당신이 더 제한된 떼를 가지고있을 때, 당신도 적응할 수 없다는 것을 알았습니다."
.반대로, 너무 많은 돌연변이 체가 바이러스 성 무리에도 좋지 않습니다. Domingo와 Vignuzzi는 인기있는 항 바이러스 약물 리바비린이 바이러스를 밀어서 너무 크고 돌연변이로 가득 찬 떼를 개발하여 바이러스 성분이 중요한 성분이 누락된다고 지적했다. Vignuzzi는“바이러스는 새로운 조건에 적응할 수있는 충분한 돌연변이 체를 갖도록 떼의 크기를 최적화해야하지만 너무 많은 실수를하지 않아도 인구를 죽일 것”이라고 Vignuzzi는 말했다.
바이러스 변이체는 또한 바이러스가 진화하고 새로운 종으로 전파 될 수있게한다. 2009 년 샌프란시스코 북쪽의 Humboldt 카운티의 회색 여우에서 광견병이 발생했으며 여우로 뛰어 들어 Skunk 바이러스로 거슬러 올라갑니다. 이 점프가 언제 발생했는지보기 위해, 캘리포니아의 Lawrence Livermore National Laboratory의 바이러스 학자 인 Monica Borucki는 고급 차세대 유전자 시퀀싱을 사용하여 1995 년으로 거슬러 올라가는 광견병에 감염된 동물의 바이러스 성 떼를 검사했습니다.이 유형의 깊은 시퀀싱은 바이러스에서 작은 변이체를 찾아서 돌연변이를 얻을 수 있습니다. 그리고 실제로 보루키는 가장 빠른 샘플에서도 발생 바이러스의 유전 적 흔적을 발견했습니다.
PLOS에 발표 된 결과는 열대성 질환을 무시했다 2013 년에, 개인의 드문 바이러스 변이체는 바이러스 점프 종을 도울 수있는 유전 적 다양성의 중요한 저수지를 제공한다는 것을 보여 주었다. 또한 과학자들이 바이러스 성 무리를 해체 할 수 있다면 미래에 일어날 일을 예측하는 데 도움이 될 수있는 첫 번째 단서를 제공했습니다.
.하나의 돌연변이 및 거대한 점프
Borucki의 캘리포니아 실험실에서 절반 떨어진 곳에서 Vignuzzi는 Chikungunya에게 관심을 돌 렸습니다. Chikungunya는 마다가스카르의 동부 해안에서 프랑스 섬인 재회에 대한 발발 후 인구의 3 분의 1 이상이 병에 걸렸다. Chikungunya는 자주 아프리카의 동해안에서 발견되며, aedes aegypti 에 의해 전달됩니다. 모기이지만 동창회에는 그 모기가 거의 없었습니다. 대신, 섬에는 아시아 호랑이 모기 ( aedes albopictus )로 알려진 밀접하게 관련된 종이있었습니다. ). Chik은 일반적으로 아시아 호랑이 모기에서는 잘 지내지 않았지만 재회에서는 바이러스가 번성하는 것처럼 보였습니다. 연구원들은 결국 바이러스를 코팅하는 단백질 중 하나에서 단일 돌연변이가 Chik이 아시아 호랑이 모기 세포의 자물쇠를 골라 훨씬 쉽게 들어갈 수 있음을 깨달았습니다.
.연구원들이 케냐에서 동창회와 비교했을 때, 그들은 동창회 균주가 아시아 호랑이 모기에 40 ~ 100 배 더 적합하다는 것을 발견했습니다. 후속 연구는 인도양을 따라 국가 전체에 Chik 발생이 퍼짐에 따라 비슷한 돌연변이가 적어도 3 번 더 발생했음을 밝혀 냈습니다.
이 돌연변이는 너무 단순하고 유리했기 때문에 Vignuzzi는 그가 관찰하는 동안 실험실에서 다시 일어날 지 확인하기로 결정했습니다. 그렇게한다면, 연구원들이 바이러스 성 무리를 적응할 수 있다는 첫 번째 증거를 제공하고 미래를 예측할 수도 있습니다. 그는 케냐에서 순환하는 원래의 치 쿤구 냐 (Chikungunya) 균주를 가져 와서 아시아 호랑이 모기 그룹을 감염시켰다.
.소아마비와 마찬가지로 Chik은 신체의 한 곳에서 다른 곳으로 이동합니다. 그것은 타액선으로 가기 전에 모기의 미드 트로트에서 복제하기 시작한 다음 일주일 정도 걸리는 과정 인 타액으로 들어갑니다.
.이 과정의 일곱째 날, Vignuzzi와 그의 박사후 Kenneth Stapleford는 모기를 해부하여 Midgut, 침샘 및 타액에서 바이러스를 추출하고 각 샘플에서 발견 된 바이러스를 시퀀싱했습니다. Midgut에서, 그들은 많은 무작위 돌연변이를 발견했지만, 하나 이상의 모기에는 단일 돌연변이가 나타나지 않았다. 그러나 타액은 다른 이야기를 들었습니다. 4 개의 모기 중 3 개에서 타액은 동창회 돌연변이 체를 함유 하였다. 이들 중 하나에서, 재결합 돌연변이 체는 전체 바이러스 개체수의 99 %를 구성했다.
Vignuzzi는“우리는 7 일 안에 자연에서 발생하는 데 적어도 몇 년이 걸렸던 전염병 균주의 떼에서 발생하는 등을 만들 수있었습니다.
바이러스는 동창회에서 진화를 멈추지 않았습니다. 지속적인 발병은 계속 발전 할 수있는 기회를 의미했습니다. 실험실에서 첫 번째 돌연변이가 너무 빨리 튀어 나와 Vignuzzi와 Stapleford는 바이러스의 추가 변화를 예측할 수 있는지 궁금해하기 시작했습니다. 그래서 그들은 실험을 반복했지만 이번에는 동창회 균주로 모기를 감염시켜 시작했습니다. 그들은 바이러스가 모기에서 10 일 동안 퍼질하여 새로운 돌연변이를 얻는 데 더 많은 시간을 주었다. 다시 그들은 다양한 모기 조직에서 발견 된 바이러스를 시퀀싱했으며, 작년에 세포 숙주와 미생물 에 발표 한 결과와 동일한 자물쇠 고정 코트 단백질에서 돌연변이가있는 두 가지 새로운 돌연변이 체를 확인했습니다. . Vignuzzi가 6 월에 미생물학 회의에서 발표 한 진행중인 연구는 Chik에 감염된 인간을위한 스탠드 인 마우스에서 이러한 돌연변이가 어떻게 선택되었는지 추적했습니다.
새로운 체력
Swarm 개념은 일부 과학자들이 인구 유전학의 기본 신조 중 일부를 재고하도록 강요하고 있습니다. Andino에 따르면 일반적으로 바이러스의 적합성은 다른 바이러스와 비교할 수있는 자체의 사본 수로 측정됩니다. 그러나 그는 전체 그림을 포착하지는 않는다고 말했다. Andino와 Domingo와 같은 바이러스 학자들은 바이러스의 진화 적 체력에는 돌연변이 능력을 포함해야한다고 주장합니다. Andino는“감염이 적응 과정이라면 적합한 바이러스가 더 잘 적응할 수 있습니다.
또한 단일 바이러스의 체력을 측정 할 수 없습니다. 개별 바이러스 변이체는 최종 생성물에서 단백질을 쉽게 교환하고 상호 작용할 수 있기 때문에, 가장 작은 단위 진화는 떼 자체입니다. 바이러스의 전체 돌연변이 구름을 고려하여 과학자들은 그들이 어떻게 행동하는지, 미래에 무엇을 할 수 있는지 이해하기를 희망 할 수 있습니다.
Borucki는“역사적 샘플의 모든 바이러스를 되돌아 보면 오늘날의 위치를 얻기 위해 어떻게 변경되었는지 알 수 있습니다. 예를 들어, 새로운 호스트를 예측하는 데 사용할 수 있습니다.
Vignuzzi가 Chik의 다음 돌연변이를 식별하는 데 계속 노력함에 따라 바이러스 성 행동의 고유 예측 불가능 성이 분명해졌습니다. Chik이 아메리카에 도착했을 때 아무도 놀랐습니다. 예상치 못한 것은 도착한 바이러스 균주였습니다. 텍사스 대학교 의료 지사의 바이러스 학자 인 스콧 위버 (Scott Weaver)는“모두가 아메리카에 도달 한 재결합 긴장이 될 것이라고 생각했다.
대신, 그것은 수십 년 동안 낮은 수준에서 순환하여 자체 돌연변이 무리를 생성 한 아시아의 Chik 균주였습니다. 동창회 균주는 계속해서 순환하지만, 미주에 백만 명이 감염되고 수백만 명이 더 위험에 처해 있으면 Chik이 아시아 균주로 이동했습니다. Vignuzzi와 Stapleford는 모기 실험을 시작하여 Swarm이 계속되는 진화를 계속함에 따라 Chik이 중부 및 남미에서 무엇을 할 수 있는지 예측하고 예측했습니다.
