دبلیودانشمندان در مورد گسترش یک بیماری عفونی تحقیق می کنند، یکی از حوزه هایی که آنها به آن نگاه می کنند توالی ژنتیکی عامل بیماری زا است. اما وقتی صحبت از آن به میان می آید یک مشکل وجود دارد ویروس آبله میمون، که اکنون باعث می شود یک شیوع بی سابقه از چند صد عفونت در حدود 30 کشور که معمولاً دیده نمی شود.
ویروس‌های DNA، به‌ویژه آنهایی که ژنوم‌های نسبتاً بزرگی مانند ویروس‌های آبله دارند (خانواده‌ای که شامل آبله میمون می‌شود)، معمولاً جهش‌ها را بسیار کندتر از مثلاً یک ویروس RNA مانند SARS-CoV-2 که باعث کووید-۱۹ می‌شود، ایجاد می‌کنند. این بدان معناست که بررسی توالی‌ها ممکن است از نظر ردیابی نحوه انتشار ویروس از فردی به فرد دیگر سودمندتر باشد. تغییرات کمتری در ژنوم ویروس وجود دارد که ممکن است به زنجیره های انتقال نور بتاباند.
اما از آنجایی که محققان در سراسر جهان توالی‌هایی از شیوع فعلی را به اشتراک می‌گذارند، ژنوم‌ها چیز عجیبی را آشکار کرده‌اند: جهش‌ها بسیار بیشتر از حد انتظار است.
تبلیغات
بسیاری از جهش‌ها در چنین مدت کوتاهی ممکن است نگران‌کننده به نظر برسند، اگر شاید به این معنی باشد که ویروس در حال تکامل برای گسترش مؤثرتر در بین مردم باشد. اما دانشمندان یک فرضیه متفاوت دارند (هنوز یک فرضیه است، فرضیه ای که باید بیشتر مورد مطالعه قرار گیرد) در مورد اینکه این جهش ها در مورد این عفونت ها چه می گویند – و به نوبه خود، چه چیزی می تواند در مورد آن توضیح دهد. این شیوع.
در زیر، STAT با بینش ریچارد نهر، زیست‌شناس تکاملی محاسباتی در دانشگاه بازل، به بررسی برخی از سوالاتی می‌پردازد که توالی‌ها مطرح کرده‌اند.
تبلیغات
این توالی ها از نظر جهش چه چیزی را نشان می دهند؟
مهمتر از همه، تعداد زیادی جهش وجود دارد که در توالی های جدید ظاهر می شوند. ژنوم‌های شیوع کنونی دارای 40 جهش مشترک با یکدیگر هستند که آنها را از نزدیک‌ترین خویشاوندان خود که مربوط به سال 2018 هستند متمایز می‌کند. (تعداد دقیق جهش‌ها بسته به نحوه شمارش تغییرات خاص متفاوت است.)
نهر گفت، بر اساس جدول‌های زمانی تکاملی عادی، دانشمندان انتظار دارند ویروسی مانند آبله میمون این جهش‌ها را در طی 50 سال، نه چهار سال، داشته باشد.
او گفت: «این تا حدودی قابل توجه است.
چرا این همه جهش وجود دارد؟
بسیاری از جهش‌ها می‌توانند بد باشند – شاید ویروس بسیار تغییر کرده است، زیرا تناسب بیشتری پیدا کرده و در انتقال بین مردم بهتر شده است. آبله میمون، بر خلاف چیزی مانند SARS-2، در طول تاریخ به عنوان یک پخش کننده شخص به فرد کارآمد در نظر گرفته نشده است.
اما می تواند توضیح دیگری داشته باشد.
ما تمایل داریم که جهش‌ها را نتیجه اشتباهات تصادفی در نظر بگیریم که با کپی برداری از مواد ژنتیکی رخ می‌دهند. برخی از جهش‌ها هیچ اثر واقعی روی ویروس ندارند، برخی می‌توانند در واقع مضر باشند و برخی می‌توانند آن را نسبت به سایر سویه‌ها برتری دهند.
اما تغییرات در ژنوم‌های ویروسی در نتیجه مکانیسم‌های دیگر نیز اتفاق می‌افتد – و سرنخ‌هایی وجود دارد که این اتفاقی است که با این توالی‌های آبله میمون می‌افتد.
به عنوان مثال، اکثر تغییرات، جابجایی های خاصی در “حروف” هستند که DNA را تشکیل می دهند – یعنی G به A یا C به T. نه تنها این، بلکه آن جهش ها در مکان های خاصی در توالی ها اتفاق می افتد.
نهر گفت: «اینها فقط مجموعه‌ای تصادفی از جهش‌ها نیستند. “اینها جهش هایی از نوع بسیار خاص هستند.”
این چیزی است که ممکن است اتفاق بیفتد: برخی از میزبان ها (در این مورد، این افراد هستند) به عنوان بخشی از سیستم ایمنی خود، آنزیم هایی دارند که برای ایجاد جهش در هر ویروسی که با آن مواجه می شوند طراحی شده اند. ایده پشت چنین طرح خرابکاری این است که اگر به اندازه کافی جهش ایجاد کنید، مطمئناً برخی از آنها مضر خواهند بود. نهر گفت که ویروس قادر به تکثیر نخواهد بود و آنچه باقی خواهد ماند «فقط یک قطعه مرده از DNA است». مثل این است که حروف را روی ماشین تحریر دشمنتان مرتب کنید تا نتوانند پیام واضحی دریافت کنند.
(انواع مختلفی از آنزیم ها این نقش را ایفا می کنند، اما با شیوع آبله میمون، دانشمندان محدود شده اند در خانواده ای به نام APOBEC3 به عنوان کاندیدای اصلی.)
این استراتژی همیشه اشتباه نیست، و برخی از ویروس ها ممکن است به اندازه کافی جهش های مضر را برای جلوگیری از آن دریافت نکنند. با این حال، این بازماندگان شواهدی از هجوم ژنتیکی که در قالب جهش‌های خاصی با آن مواجه شده‌اند، خواهند داشت، شاید جهش‌هایی که خیلی مضر نبودند یا خنثی بودند. جهش ها ممکن است به طور مکرر ظاهر شوند، درست مانند مواردی که در این توالی آبله میمون ها وجود دارد. دانشمندان این جهش ها را به زخم های باقی مانده از دعواهای گذشته با میزبان تشبیه کرده اند.
نبرد آنزیم در برابر ویروس همچنین می تواند توضیح دهد که چرا ویروس به این سرعت جهش های زیادی را دریافت کرد. جهش‌ها از اشتباهات معمولی کپی کردن ویروس نیستند که هنگام تکثیر مرتکب شدند. آنها زخم های جنگی از زمانی هستند که میزبان سعی کرد با ویروس مبارزه کند.
معنی این توالی برای این شیوع چیست؟
به نظر می رسد این تکامل شتابان در حدود سال 2017 بر اساس توالی های موجود آغاز شده است. الگوی جهش‌ها می‌تواند شواهدی باشد که نشان می‌دهد ویروس از آن زمان در بین مردم در سطوح پایین در گردش بوده است. این دودمان فقط اخیراً با انفجار موارد خارج از منطقه بومی ویروس که احتمالاً توسط رویدادهایی مانند جشنواره‌ها و بازگشت سفرهای جهانی پیش می‌رفت، مورد توجه قرار گرفت.
به گفته نهر، یک توضیح پس از آن، این است که، بله، از سال 2017 در انسان در گردش بوده است، و در انسان، نرخ جهش حدود 10 برابر بیشتر است. [than the virus’s normal rate]. اما این یک مشکل کپی کردن نیست، بلکه نوعی عمل از یک فرآیند با واسطه میزبان است.”
قابل ذکر است، نیجریه از سال 2017 شیوع آبله میمون را تجربه کرده است، اگرچه تا کنون، مشخص نیست که این موارد در کجا در مکان هایی از جمله قاره آمریکا و اروپا در اصل از. مقامات بهداشت عمومی نیجریه گفته اند آنها به دنبال کمک بین‌المللی بودند تا بفهمند که آبله میمون چه اتفاقی می‌افتد، اما چندان مورد توجه قرار نگرفتند.
نهر گفت که احتمالات دیگری نیز وجود دارد که می تواند جهش ها را توضیح دهد. شاید این دودمان در برخی مواقع به حیوانات سرازیر شد و قبل از اینکه بار دیگر به انسان منتقل شود، از طریق یک فرآیند آنزیم ضد ویروسی مشابه در آن گونه به جهش‌ها ادامه داد. نکته این است که، در حالی که دانشمندان به توالی ها به عنوان پیشنهادی نگاه می کنند که ویروس برای سال ها در بین مردم در گردش بوده است، توضیحات بالقوه دیگری وجود دارد که مطالعه را ایجاب می کند.
یکی از معماهای مهم در مورد شیوع کنونی این است که آیا ویروس به این دلیل گسترش یافته است که تکامل یافته است تا قابل انتقال تر باشد یا به این دلیل که به شبکه هایی از افرادی وارد شده است که با بسیاری از افراد دیگر تماس نزدیک زیادی داشتند. نهر گفت که مطالعه داده های توالی به تنهایی نمی تواند به این سوال پاسخ دهد. او توضیح داد که نمی‌توان به جهش‌های فردی یا ترکیبی از آنها نگاه کرد و استنباط کرد که آیا منجر به تغییرات عملکردی می‌شوند یا اگر مزیت تکاملی ایجاد می‌کنند. (محققان با مطالعه داده‌های اپیدمیولوژیک و آزمایش‌های آزمایشگاهی تعیین می‌کنند که آیا جهش‌ها منجر به تغییراتی در تناسب ویروس می‌شوند یا خیر.)
او گفت: «ما درک کافی از نحوه تعامل این ویروس با میزبان یا اینکه این جهش‌های فردی می‌توانند انجام دهند، نداریم.
اما با افزایش شیوع و شناسایی عفونت های بیشتر، دانشمندان ژنوم های بیشتری برای مطالعه خواهند داشت. این می تواند به آنها کمک کند تا فرضیه های فعلی خود را اصلاح کنند یا فرضیه های جدید را به طور کامل معرفی کنند.