독감 진화 : 과학자들이 게놈 시퀀싱을 사용하여 미래를 예측하는 방법

진화는 대개 매우 천천히 진행되는데, 수 천년 또는 수백만 년이 걸리는 변화 과정입니다.

그러나 인플루엔자의 경우 진화가 빠르고 치명적입니다. 독감 바이러스는 신체의 방어를 피하기 위해 빠르게 변합니다. 몇 년에 한 번씩, 새로운 변종의 독감이 등장하여 전세계에 전염병이 발생합니다.

독감의 확산을 통제하는 것은이 진행중인 진화를 다루는 것을 의미합니다. 세계 보건기구 (WHO)의 전문가들은 매년 매년 백신에 포함시킬 독감 균주를 선택하기 위해 바이러스가 어떻게 변할 것인지를 가장 잘 예측해야합니다.

이 작업은 어렵고 불확실하며 실수는 실제 결과를 가져옵니다. 독감은 전 세계적으로 매년 수백만 명의 사람들을 감염시켜 수십만 명이 사망합니다. 예측이 예측치를 놓치고 독감 예방 접종이 순환계와 매우 다른 경우에는 더 많은 사람들이 감염에 취약합니다.

지난 몇 년 동안, 게놈 시퀀싱의 진보는 개별 감염 내에서 바이러스 진화의 시작에 대해 밝혀졌습니다. 우리는 독감에 대해이 정보가 미래의 글로벌 진화 경향을 조기에 엿볼 수 있을지 궁금해했습니다.

한 사람의 독감 감염으로 전세계 바이러스가 어떻게 변하는 지 알려 줄 수 있습니까? 그것은 놀라운 것으로 나타났습니다.

감염의 깊은 곳을보고

독감이 진화하는 모든 단계는 실수로 시작됩니다. 감염된 사람 안에서 바이러스가 복제되기 때문에 때로는 돌연변이를 일으켜 유전자 청사진에 작은 변화가 생깁니다.

대부분의 돌연변이는 기능을 수행해야하는 기계를 파괴하기 때문에 바이러스에 해로울 수 있습니다. 그러나 언제나 돌연변이 바이러스는 생존하고 심지어 번성합니다. 바이러스는 인간의 면역계와 고양이 - 마우스의 끊임없는 게임을합니다. 때로는 돌연변이 바이러스가 신체의 고지를 벗어날 정도로 다를 수도 있습니다.

이런 종류의 이점을 가진 돌연변이 바이러스는 빠르게 번식하여 감염을 지배하게됩니다. 결국, 사람 사이로 확산 될 수도 있으며, 거기에서부터 전 세계로 확산되기 시작합니다.

최근에는 바이러스가 인체 내에서 어떻게 변하는 지 추적하는 것이 더 쉬워졌습니다. 인간 게놈을 저렴하고 쉽게 만들 수있는 동일한 발전으로 인해 우리는 바이러스를 연구하는 방법을 변화시키고 있습니다. 단일 인간 게놈을 시퀀싱하는 데 드는 비용은 새로운 변이가 발생할 때마다 추적하여 수천 개의 바이러스를 감염시킬 수 있습니다.

이 돌연변이는 바이러스가 인체 내의 어려운 환경에 어떻게 반응하는지 보여줍니다. 감염이 종종 수년 또는 수십 년 간 지속되는 HIV의 경우 한 사람 내에서도 진화가 상당 할 수 있습니다. 특히, 바이러스는 종종 항 바이러스 치료에 대한 반응으로 약물 내성을 진화시킵니다.

4 가지 장기 감염에 대한 독감 진화 추적

우리는 최근 몇 달간 지속되는 독감 감염을 앓은 4 명의 암 환자에서 바이러스 성 진화를 추적했습니다. 대부분의 독감 감염은 약 일주일 동안 지속되므로 발생할 수있는 변화의 양이 제한됩니다. 그러나 면역 체계가 약한 환자의 경우 감염이 심각한 영향을 미치며 오랜 시간 지속될 수 있습니다.

이 긴 감염에서 독감은 어떻게 변했습니까? 감염되는 동안 다른시기의 바이러스를 시퀀싱하고 게놈을 비교함으로써 새로운 변이를 확인하고 운명을 추적 할 수있었습니다.

몇 주 안에 진화가 이루어졌습니다. 하나의 명확한 예가 타미 플루에 대한 저항이었습니다. 우리가 연구 한 환자들은 약을 복용하여 그들의 감염을 통제하고있었습니다. 그러나 이전의 연구 에서처럼 마약 내성 돌연변이를 갖는 바이러스가 결국 나타났다. 이 돌연변이는 감염이 왜 그렇게 오래 지속되었는지를 부분적으로 설명 할 수 있습니다.

약물 저항성 돌연변이는 우리가 본 유일한 진화 적 변화가 아니었다. 서로 약간 다른 6 개의 돌연변이 바이러스가 때때로 한 사람에게서 동시에 경쟁합니다.

이러한 경쟁 바이러스는 진화를 복잡한 사건으로 만들었습니다. 일주일에 퍼지기 시작한 돌연변이가 때때로 사라질 것입니다. 아마 더 나은 돌연변이에 의해 패배했다.

어떤 경우에는 우리가 환자가 서로 감염시키지 않는다고 말할 수 있다고하더라도 우리 연구에서 다른 환자의 바이러스에서 정확히 동일한 돌연변이를 발견했다. 우연으로 그러한 유사점이 발생할 것으로 거의 기대하지 않습니다. 이 바이러스는 진화론 적 도전에 대응하여 유사한 적응을 시도했을지도 모른다. 이러한 돌연변이 중 일부는 바이러스가 면역계를 피하는 데 도움이되었을 수 있으며, 다른 연구 결과와 일치합니다.

미래 예측

더욱이이 환자들에서 많은 돌연변이가 나중에 돌연변이와 일치하여 전세계에 퍼졌습니다. 바이러스가 숙주 세포에 들어가는 데 도움이되는 독감 외막의 스파이크에서 우리 연구에서 4 명의 환자 중 3 명에서 돌연변이 N225D가 나타났습니다. 우리 환자가 감염된 지 약 8 년 후인 2015 년까지 전세계 대부분의 독감 바이러스가 똑같은 변화를 겪었습니다.

우리에게는 예상외의 결과였습니다. 진화는 장단점으로 가득차 있으며, 사람들이 독감에 적응하도록 돕는 일부 돌연변이는 사람과 사람 사이의 전염을 늦출 수 있습니다. 우리는 또한 비정상적으로 긴 독감 감염의 진화가 전세계 변화의 패턴과 일치하는지 여부를 알지 못했습니다.

그러나 우리의 연구에서, 독감 백신의 진화는 전 세계의 진화와 현저한 유사성을 보여주었습니다. 우리는 소수의 개인들 안에서 전 세계적 진화 경향에 대한 암시를 볼 수있었습니다.

기술이 계속해서 향상됨에 따라 우리가했던 것처럼 독감 감염을 깊이 들여다 보는 것이 쉬워졌습니다. 세계 보건기구 (WHO)는 독감 진화를 모니터링하기 위해 매년 수천 명의 사람들이 감기에 걸리는 병균을 조사합니다. 연구자들은 개개인에게 처음으로 발생하는 돌연변이를 잡아낼 수있는 방법으로 점점 더 긴장을 풀어 가고 있습니다.

이 수천 건의 감염은 별도의 진화 실험과 같습니다. 서로 다른 감염에 나타나는 돌연변이를 비교함으로써 우리는 진화론 적 가능성과 제약을 느낄 수 있습니다.

선상의 어떤 곳에서, 이런 종류의 정보는 독감의 진화를 예측하는 데 도움이 될 수 있습니다. 지금 당장은 적어도 우리 내부에서 일어나는 진화의 역동적 인 과정을 밝히고 있습니다.

이 기사는 원래 Katherine Xue 및 Jesse Bloom의 대화에 게시되었습니다. 여기에 원본 기사를 읽으십시오.