Исследователи пролили новый свет на то, как эволюция вируса, популяционный иммунитет и совместная циркуляция других вирусов гриппа формируют сезонные эпидемии гриппа.
По мнению редакторов eLife , исследование, опубликованное сегодня в виде рецензируемого препринта в журнале eLife , исследует взаимосвязь между эволюционными и эпидемиологическими величинами гриппа и представляет фундаментальные результаты, которые существенно улучшают наше понимание причин эпидемий гриппа .
Авторы использовали богатый набор источников данных, чтобы предоставить, по мнению редакторов, убедительные доказательства роли генетической дистанции , динамики подтипов гриппа и эпидемиологических показателей в прогнозировании эпидемий гриппа . Результаты подчеркивают, что генетическое расстояние и взаимодействие подтипов являются ключевыми факторами, определяющими время и тяжесть ежегодных вспышек.
Вирусы гриппа постоянно накапливают генетические изменения в двух ключевых белках, присутствующих на их поверхности — гемагглютинине (HA) и нейраминидазе (NA) — процесс, известный как антигенный дрейф . Антигенный дрейф позволяет вирусу избежать иммунного распознавания у людей, которые были вакцинированы или ранее перенесли инфекцию, что делает их уязвимыми для повторного заражения.
Из двух типов вирусов гриппа , которые обычно циркулируют вместе у людей (грипп А и В), грипп А, и особенно подтип A(H3N2), имеет самые быстрые темпы антигенного дрейфа и вызывает наиболее тяжелые заболевания и смерть.
Аманда Перофски, ведущий автор исследования и научный сотрудник Института Бротмана Бэти Вашингтонского университета, США, и Международного центра Фогарти Национального института здравоохранения, говорит: «Теоретически антигенный дрейф приведет к появлению более восприимчивых людей, что, в свою очередь, должно привести к увеличению числа случаев заражения гриппом и более масштабным и тяжелым эпидемиям».
«Однако предыдущие доказательства этого в эпидемиологических данных были неоднозначными. Считается, что мутации в HA вызывают большую часть антигенного дрейфа, поэтому усилия по надзору за мониторингом и прогнозированием эволюции гриппа сосредоточены на HA».
«На NA уделялось меньше внимания, хотя антитела против NA также коррелируют с иммунитетом и влияют на тяжесть инфекции. Более того, за исключением пандемий гриппа, мало что известно о том, как различные коциркулирующие подтипы гриппа потенциально мешают друг другу, влияя на размер вспышек». ."
В этом исследовании Перофски и его коллеги из Онкологического центра Фреда Хатчинсона, Медицинской школы Икана на горе Синай, Центров по контролю и профилактике заболеваний США и Всемирной организации здравоохранения отслеживали эволюционную динамику A(H3N2), измеренную по обеим генетическим последовательностям. и серологические анализы — и связал это с данными эпидемиологического наблюдения за гриппом в США за 22 сезона гриппа до пандемии COVID-19.
Они начали с определения различных показателей эволюции гриппа каждый сезон, используя данные генетических последовательностей HA и NA из базы данных Epiflu Глобальной инициативы по обмену данными о птичьем гриппе (GISAID) и серологические данные по перекрестной иммунной реактивности между вирусами, предоставленные Всемирной организацией здравоохранения. Сотрудничающие центры Глобальной системы эпиднадзора за гриппом и реагирования на него (ГСЭГО) в Токио, Лондоне, Мельбурне и Атланте.
Они создали филогенетические деревья, показывающие линии эволюции вирусов A(H3N2) с течением времени, и измерили генетические и антигенные расстояния между вирусами, циркулирующими в последовательные сезоны, чтобы показать, насколько далеко друг от друга вирусы эволюционировали за этот период времени.
Затем команда исследовала, какие из этих показателей вирусной «приспособленности» наиболее тесно связаны с вариациями вспышек гриппа A(H3N2) в разные годы.
Сравнивая прогностическую эффективность основанных на последовательностях и серологических эволюционных показателей, они обнаружили, что генетические расстояния, основанные на широком наборе антигенных сайтов («эпитопов») в HA и NA, имеют самую сильную и последовательную связь с бременем болезней в результате ежегодных эпидемий. скорость передачи вируса и тяжесть инфекции, а также повлияли на доминирующий подтип гриппа A — A(H3N2) или A(H1N1), циркулирующий в каждом сезоне.
При сопоставлении генетического расстояния между HA и NA и эпидемиологией A(H3N2) антигенный дрейф H3 (антиген HA вируса A(H3N2)) был более тесно связан с размером эпидемии, трансмиссивностью вируса, возрастным распределением случаев и число дополнительных смертей, вызванных вирусом A(H3N2).
В то же время антигенный дрейф N2 (NA-антиген вируса A(H3N2)) был более тесно связан с интенсивностью эпидемий («резкостью» эпидемической кривой) и большей распространенностью случаев A(H3N2) по сравнению с A(H3N2). H1N1) случаев среди населения. Повышенный дрейф N2 также был связан с меньшим количеством дней от начала эпидемии до пика заболеваемости (показатель скорости эпидемии).
«Прямая связь между антигенным дрейфом NA и характером заболеваемости A(H3N2) стала неожиданным и ключевым результатом нашего исследования», — говорит Перофски. «Мы ожидали, что ГК будет демонстрировать более сильную связь с сезонной заболеваемостью, учитывая, что она вызывает более сильный иммунный ответ, чем NA».
В совокупности результаты авторов показали, что больший антигенный дрейф как в HA, так и в NA связан с более крупными и интенсивными эпидемиями, более высокой передачей вируса, большим доминированием подтипа A(H3N2) и большим количеством случаев заболевания у взрослых, чем у детей.
Наконец, команда применила модели машинного обучения для оценки относительной важности эволюции вируса , предшествующего популяционного иммунитета, совместной циркуляции других вирусов гриппа, а также охвата и эффективности вакцинации в прогнозировании региональной динамики эпидемии A(H3N2). Используя одну из моделей (называемую случайным лесом), они смогли точно предсказать масштаб региональной эпидемии, пик заболеваемости и модели доминирования подтипов сезонных вспышек, произошедших в период с 1997 по 2019 год.
Удивительно, но они обнаружили, что заболеваемость A(H1N1) в большей степени предсказывает эпидемии A(H3N2), чем эволюцию вируса, предполагая, что взаимодействие между различными подтипами вируса, то есть интерференция подтипов, играет ключевую роль в динамике инфекции гриппа типа А.
«Наше исследование показывает, что динамика эпидемии гриппа частично определяется антигенным дрейфом вируса в обоих поверхностных белках, и что индикаторы генетических последовательностей антигенного дрейфа были более информативными, чем серологические данные (или данные антител) для прогнозирования эпидемий в анализируемом временном интервале», заключает старший автор Сесиль Вибу, научный сотрудник Международного центра Фогарти Национальных институтов здравоохранения.
«Наша работа является первой, которая связывает антигенный дрейф NA с эпидемическим бременем, временем и возрастным распределением инфекций. Связь между дрейфом NA и сезонной заболеваемостью еще раз подчеркивает важность мониторинга эволюции как HA, так и NA для информирования о выборе штаммов. за ежегодные вакцины против гриппа и усилия по прогнозированию эпидемий».
