H5N1. Первая "секретная" статья вышла в печать.

image credit: M.Kemp/Rubberball/Getty

На этой неделе в открытом доступе появилась статья, публикацию которой пытались запретить американские чиновники, да и вообще вокруг нее и сходной статьи в Science было много шума. Журналисты в научно-популярных изданиях шутили, что это самая известная из неопубликованных статей.

Историческое событие случилось 3 мая, 2012 года. Журнал Nature опубликовал полную версию работы группы Йосихиро Каваока (Yoshihiro Kawaoka) из университета Висконсина-Мэдисон "Experimental adaptation of an influenza H5 HA confers respiratory droplet transmission to a reassortant H5 HA/H1N1 virus in ferrets".

Что же такого было в статье, что почти поставило под угрозу сам факт её публикации?

Попробуем разобраться. Но сразу хочу оговориться, что я сам не вирусолог, поэтому если заметите явные ошибки, то сразу пишите в комментариях. Будем редактировать пост вместе.

image credit: Molecular Expressions

Сначала поговорим немного про отдельные аспекты биологии вируса гриппа, так как без неё понять описываемые в статье результаты будет сложно. Для того, чтобы заразить клетку вирусной частице необходимо сначала связаться с поверхностью будущей клетки-хозяина. Оно осуществляется при помощи молекул гемаагглютинина (HA) на в оболочке вируса, которые распознают рецепторы на клетках-мишенях и "заякоривают" вирусную частицу на мембране.

Здесь надо отметить, что рецепторы у разных животных несколько отличаются  по своей структуре, именно поэтому H5 HA, который входит в состав оболочки вируса H5N1, очень эффективно заражает птиц, в то время как случаи заражения человека от птицы встречаются очень редко. Совсем другая ситуация с вирусами, которые несут H1 HA на своей поверхности, например, как знаменитый свиной грипп  H1N1. Эти вирусы, как мы убедились, легко распространяются среди млекопитающих, включая человека.

Можно ли модифицировать гемагглютинины вируса птичьего гриппа H5N1 так, чтобы он стал распростараняться воздушно-капельным путем в популяциях млекопитающих?

Задача работы Каваока и коллег состояла в том, чтобы ответить на вопрос: можно ли модифицировать гемагглютинины (HA5) вируса птичьего гриппа H5N1 таким образом, чтобы он стал распростараняться воздушно-капельным путем в популяциях млекопитающих (в частности хорьков, которые являются идеальным модельным объектом в таких исследованиях).

Для ответа на него авторы взяли за основу вариант вируса H1N1 (A/California/04/2009, CA4) или (PR8), но при этом заменили HA1 на HA5.

Положение замен аминокислот, обнаруженных в ходе работы, на 3D модели гемагглютенина HA5

*цвет рамки совпадает с цветом шрифта в тексте 

image credit: nature.com

Известно, что вирус гриппа постоянно изменяется, и делает это с высокой скоростью. Поэтому первым делом, ученые  привнесли множество мутаций в молекулу белка HA5, а потом отобрали только те мутантные формы HA5, которые приобрели способность связываться с клетками млекопитающих. Не удивительно, что у большинства мутантов, прошедших "отбор" были изменена структура именно той части HA5, которая отвечает за распознавание "птичьей" формы рецептора. Наиболее прочно прикреплялись к клеткам млекопитающих вирусы, в которых были заменены аминокислоты в 224 и 226 положении (N224K/Q226L).

При заражении хорьков вирусами с измененным HA5 (N224K/Q226L) уже через несколько дней у них были обнаружены формы вируса, которые помимо изначальних двух замен аминокислот, несут дополнительную мутацию в 158 положении (N158D или N158K).Ранее было показано, что мутации в этом положении увеличивают скорость размножения вируса и эффективность его заражения. Но в данном случае, передачи формы вируса с тремя мутациями (N158D/N224K/Q226L) воздушно-капельным путем отмечен не было. Это произошло только через несколько дней после того, как во время следующего раунда, животных заразили вирусом с HA5 (N158D/N224K/Q226L). Когда из заболевших хорьков выделили вирусные частицы, то обнаружили, что в ходе последнего раунда вирус мутировал еще раз. На этот раз в положении 318 (T318I).

Итак, первые две мутации HA5 (N224K/Q226L) позволяют вирусу связываться с клетками млекопитающих, но сами по себе не придают способности передаваться от хорька к хорьку. Исследования на биохимическом уровне показали, что эта форма не очень стабильна и , возможно, разрушается по действием физическо-химических факторов (pH, температура) в верхних дыхательных путях.

Добавление еще одной мутации  (N158D) и переход к HA5 (N158D/N224K/Q226L) повышает эффективность связывания и размножения вируса. Приобретение дополнительной мутации  (T318I), привело к появлению формы HA5 (N158D/N224K/Q226L/T318I), которая  в отличие от родительских форм в плане стабильности  близка к "обычной", немутантной форме HA5. Таким образом, в ней сбалансированно сочетается способность распознавать новые рецепторы и физико-химическая стабильность.

"На самом ли деле мутировавший H1N5 способен вызвать пандемию исторических масштабов?"

Но хватит биохимии, перейдем к вопросу, который интересует человечество на самом деле: "На самом ли деле мутировавший H1N5 способен вызвать пандемию исторических масштабов?" Результаты, представленные в статье, указывают на то, что модифицированный вирус не только не вызывает смертельного исхода, но и вообще обладает невысокой патогенностью. Кроме того, ученые установили, что применявшиеся ранее вакцины против H1N5 эффективны против мутантной формы вируса с HA5 (N158D/N224K/Q226L/T318I). Химерный вирус также воприимчив к ингибитору нейраминидаз - озельтамивиру («Тамифлю»).

Встречаются ли вирус H5N1 с описанными мутациями в природе? Пока были обнаружены только формы с мутацией в положении N158D, но вирусы постоянно меняются, и могут со временем приобрести и оставшиеся 3 замены. Благодаря этой работе, эпидемиологам (прежде всего в Юго-Восточной Азии) будет проще отслеживать ключевые изменения, которые могут привести к возникновению потенциально опасной формы.

Если вы следите за развитием событий, то наверняка у вас возник вопрос: "Где же вторая  статья, поданная в печать в журнал Science группой Рона Фушье?" Её судьба оказалась немного сложнее: несмотря на разрешение Национального совета по биобезопасности США (NSABB), публикация неожиданно натолкнулась на препятствия  со стороны правительства Нидерландов. Значально чиновники утверждали, что оправка данных, которые могут быть использованы не только в мирных целях (dual-use) подпадает под закон о контроле экспорта, хотя адвокаты медицинского центра Эразма Роттердамского настаивают на том, что закон не рапространяется на результаты фундаментальных иссследований. В конце-концов после того, как Рон Фушье в очередной раз публично отстоял свое право публиковать работу, в конце апреля ему была выдана лицензия на отправку переработанной версии статьи в редакцию журнала Science. Нам остается следить за научными новостями.

ещё по теме:

Вирус H5N1, цензура и биологическая безопасность.

H5N1. Продолжение истории.

Авторы статей об H5N1, подвергшихся цензуре, опубликовали открытое письмо.

Цензура статей об H5N1: Happy end?