Как мы узнаем, что вирус животных может представлять опасность для человека? Канада подтвердила случаи заболевания человека птичьим гриппом H5N1 (часто называемым «птичьим гриппом») в 2024 году. Это первый известный случай заражения в Канаде. Пациент, 13-летний житель Британской Колумбии, страдал от тяжелых симптомов, включая дыхательную недостаточность, но выздоровел после прохождения интенсивной терапии в больнице.
Как и в случае с птичьим гриппом у человека, понимание того, как патогены передаются от животных к человеку, может помочь исследователям и учреждениям общественного здравоохранения подготовиться к будущим эпидемиям. В недавнем исследовании наша лаборатория исследовала мутацию вируса в этом случае и выявила неожиданный результат. Эффекты этих мутаций не соответствовали обычным предупреждающим знакам, которые можно было бы ожидать увидеть у вируса, адаптированного для заражения людей.
Как мы обычно отслеживаем грипп
Учреждения общественного здравоохранения и партнерские организации используют дополнительные подходы для мониторинга вспышек и рисков инфекционных заболеваний. Данные о вспышках среди людей поступают из различных источников, включая пункты оказания медицинской помощи и связанные с ними лаборатории мониторинга, добровольцев, сообщающих о статусе заболевания, а также мониторинг сточных вод. Текущие рутинные вирусные тесты в лабораториях общественного здравоохранения включают секвенирование вирусного гена, тестирование на устойчивость к противовирусным препаратам и оценку иммунитета к интересующему штамму.
Подробнее: Надзор за сточными водами: как ученые могут отслеживать и выявлять такие заболевания, как COVID-19, до их распространения
Канадские правительственные учреждения отслеживают появление наиболее распространенного в настоящее время штамма птичьего гриппа H5N1 в результате наблюдения за дикой природой и сельским хозяйством, и среди них есть случаи БК. В данном случае у пациента с вирусом H5N1 в Британской Колумбии в ходе секвенирования были обнаружены три представляющие интерес мутации. Один из них — признак адаптации птиц к млекопитающим, который уже хорошо изучен.
«Иммунитет и общество» — это новая серия The Conversation Canada, в которой демонстрируются новые открытия в области вакцин и инновации, основанные на иммунитете, которые меняют то, как мы понимаем и защищаем здоровье человека. Эти статьи, написанные канадскими экспертами в области иммунологии, биопроизводства, социальных и гуманитарных наук в сотрудничестве с Исследовательским консорциумом Bridge, посвящены новейшим разработкам и их влиянию.
Две другие мутации привлекли наше внимание, поскольку они менее изучены. Оба они содержались в гемагглютинине, поверхностном белке вируса, который связывается с клетками и инициирует инфекцию путем слияния вируса и клеточных мембран. Эти мутации, E190D и Q226H (представляющие 28 процентов и 35 процентов соответственно секвенированного генетического материала гемагглютинина), находились в частях гемагглютинина, которые, как известно, взаимодействуют с рецепторами клеток-хозяев.
Поскольку клетки птиц и человека, как правило, имеют разные типы рецепторов, ученые используют связывание рецепторов в качестве общего теста на адаптацию вида. Ранее не наблюдалось, чтобы эти мутации гемагглютинина переключали связывание с рецепторами человека при гриппе H5N1.
Что выяснилось в этом происшествии
(НИЗ/Крэбтри и компания)CC BY-NC
Наша лаборатория исследовала роль этих двух мутаций в определении того, с какими типами рецепторов эти вирусы связываются более благоприятно. Связывание с рецептором может влиять на то, какие клетки и какие виды вирусов восприимчивы к инфекции. Поэтому они создали версии белка гемагглютинина с каждой мутацией и без нее и измерили, как они связываются с различными рецепторами.
Результаты оказались неожиданными. При продуцировании белков-гемагглютининов, содержащих любую из этих мутаций, не только не наблюдалось ожидаемое связывание с рецептором человеческого типа, поддерживающим человеческую инфекцию, но также значительно снижалось связывание с птичьим рецептором. Связывание с каким-либо рецептором практически невозможно было обнаружить с помощью стандартных подходов.
Однако вирус пациента с БК четко реплицировался в тканях человека. Поэтому наша команда проверила способность мутантов гемагглютинина с обеими мутациями сливать клетки, полученные из клеток легких человека. После связывания с клеткой-хозяином слияние является вторым важным этапом, опосредованным гемагглютинином. В результате слияния генетический материал вируса и белки, необходимые для репликации, высвобождаются изнутри вирусной частицы в клетку-хозяина, где они могут функционировать.
Подобно тому, что мы наблюдали, когда исследовали связывание рецепторов, мы обнаружили, что способность вирусного белка гемагглютинина сливаться с мембранами клеток, полученных из легких, значительно снижена. Вероятно, это результат снижения связывания. Однако были обнаружены низкие уровни слияния. Это предполагает, что как связывание рецепторов, так и активность слияния мембран можно наблюдать в условиях, которые лучше имитируют настоящие легкие человека.
Когда вирус, который обычно поражает птиц, заражает людей, обычно ожидается, что поверхностный белок (гемагглютинин) свяжется с рецепторами человека. Это было бы типично для вирусов, которые адаптировались от птиц к человеку.
Однако то, что мы наблюдали в случаях заражения человека H5N1, заключалось в том, что он имел пониженную способность связываться не только с рецепторами человека, но и с рецепторами клеток птиц, что приводило к снижению способности сливаться с клеточными мембранами. Однако сочетание множества белков-гемагглютининов на поверхности вируса и множества рецепторов на поверхности клетки может компенсировать его слабую способность связываться с отдельными рецепторами.
Чему мы можем научиться из этого тематического исследования
Этот случай показывает, что еще многое предстоит узнать о сложных факторах, которые могут привести к тому, что вирус разовьет способность заражать людей. Это успех для нашей существующей базы знаний, поскольку на основе десятилетий исследований у нас были основания полагать, что эти мутации гемагглютинина представляют интерес.
Наша лаборатория полагалась на успех системы общественного здравоохранения и щедрую поддержку наших исследований из федеральных и провинциальных источников до тех пор, пока Лаборатория общественного здравоохранения Центра контроля заболеваний Британской Колумбии не секвенировала вирус пациента и не предоставила эти данные исследовательскому сообществу по гриппу.
Неожиданные результаты указывают на необходимость более глубокого функционального понимания риска заболеваний человека. Когда мы отслеживаем вспышки среди животных, существующий набор предупреждающих признаков мутаций не отражает всех угроз. Функциональные лабораторные исследования отнимают много времени и стоят денег, но они дают более прямое представление о том, как ведут себя вирусы.
Учреждения общественного здравоохранения уже проводят на месте определенные функциональные тесты, например, оценку пригодности вакцин против сезонного гриппа. Эти данные продолжают влиять на нашу реакцию на вспышку. Усиление эпиднадзора за другими особенностями гриппа будет способствовать дальнейшему укреплению усилий общественного здравоохранения.
Чем глубже наши фундаментальные знания о том, как работают эти вирусы, тем лучше мы сможем интерпретировать данные эпиднадзора, подготовиться к вспышкам и разработать меры вмешательства.
