Dotychczas zakładano, że wirusy rozprzestrzeniają się jako niezależne jednostki zwane wirionami. Zespół unijnego projektu Vis-a-Vis wykorzystał koncepcje ewolucji społecznej w celu badania tego procesu, pokazując konkurencję i współpracę pomiędzy cząsteczkami wirusów. Lepsze zrozumienie oddziaływań między wirusami pozwoli na opracowanie leków nowej generacji - informuje Komisja Europejska.

Choć obecnie wiemy, że wirusy mogą współpracować ze sobą jako zbiorowe jednostki zakaźne, które zawierają wiele cząsteczek dostarczanych do tej samej komórki gospodarza, wciąż nie znamy podstaw mechanizmów, na których opiera się ich działanie.

Dzięki finansowanemu ze środków Unii Europejskiej projektowi Vis-a-Vis badacze oparli swoje badania na teorii ewolucji społecznej w celu przeanalizowania rozwoju oddziaływań i interakcji między wirusami podczas procesów przenoszenia i replikacji. Teoria ewolucji społecznej zajmuje się zagadnieniem współpracy mikroorganizmów z otaczającymi je jednostkami w celu realizacji działań wymagających połączenia sił wielu komórek, na przykład tworzenie biofilmu czy sygnalizowanie zagęszczenia.

„Choć założenia te zostały skutecznie wykorzystane do badania innych mikroorganizmów, w tym bakterii, nasz zespół po raz pierwszy zastosował to podejście do badania wirusów” - wyjaśnia koordynator projektu Rafael Sanjuán.

Badacze wykazali, że poszczególne wirusy mogą współpracować z innymi wariantami genetycznymi w celu uzyskiwania pożądanych właściwości, mogą także przyspieszyć proces infekcji poprzez dostarczenie wielu kopii genomu wirusa do tej samej komórki.

Co najważniejsze, badacze wykazali także, że jednostki te sprzyjają powstawaniu wirusów-oszustów, które wykorzystują współpracujące jednostki, ograniczając ogólną sprawność.

Trzy wirusy

Zespół skupiony wokół projektu Vis-a-Vis zajął się analizą działania trzech wirusów – wirusa pęcherzykowego zapalenia jamy ustnej (VSV) enterowirusa i bakulowirusa. Choć od dawna wiadomo było, że bakulowirusy są przenoszone łącznie w tak zwanych ciałkach okluzyjnych, zjawisko zbiorowego przenoszenia nie było badane w odniesieniu do pozostałych dwóch wirusów.

Przed rozpoczęciem projektu zespół zajął się badaniem zmienności genetycznej wirusa VSV i odkrył te same zestawy mutacji w różnych komórkach gospodarza, co wskazało na możliwość zbiorowego przenoszenia. Mniej więcej w tym samym czasie inny zespół badaczy odkrył, że enterowirusy mogą być przenoszone w postaci dużych skupisk wirionów znajdujących się w pęcherzykach lipidowych.

„Te odkrycia po raz pierwszy wzbudziły moje zainteresowanie zjawiskiem przenoszenia zbiorowego oraz znaczeniem, jakie może mieć z punktu widzenia sprawności wirusów oraz ich rozwoju”, zauważa Sanjuán, pracownik naukowy Uniwersytetu w Walencji, który pełnił rolę gospodarza projektu. „Poprzez wybór tak zróżnicowanych wirusów – wirusa RNA z pojedynczą nicią o ujemnej polaryzacji, wirusa z pojedynczą nicią o dodatniej polaryzacji oraz dużego wirusa DNA atakującego owady – chcieliśmy uzyskać możliwie uogólnione wnioski”.

Wirusy oznakowane przy pomocy materiału fluorescencyjnego były obserwowane za pomocą mikroskopii ilościowej w czasie rzeczywistym, co pozwoliło na obserwację stanu wirionów. Badacze użyli także metodologii ewolucji doświadczalnej w celu analizy wpływu zbiorowego przenoszenia na sprawność wirusów w następstwie wielu cykli zakażeń. W celu analizy próbek zespół wykorzystał także technologie równoległego, masowego sekwencjonowania oraz ukierunkowanej mutagenezy, które pozwoliły na określenie mutacji odpowiedzialnych za określone cechy, między innymi mechanizm przenoszenia enterowirusów w pęcherzykach.

Plusy i minusy współzakażenia

Zespół badaczy ustalił, że współzakażenie wieloma wirionami pozwoliło na przyspieszenie replikacji VSV na wczesnym etapie zakażenia, dzięki czemu wirus skutecznie uniknął odpowiedzi immunologicznych organizmu, co przełożyło się na silniejsze zakażenie. Badacze zaobserwowali to samo zjawisko w przypadku wielu innych wirusów, między innymi adenowirusów, wirusów krowianki i syncytialnych wirusów oddechowych, co wskazuje na możliwość, że replikacja wirusów jest procesem z natury opartym na współpracy.

„Współzakażenie jest procesem, który wiąże się z szeregiem plusów i minusów dla wirusów. Choć pozwala na przyspieszenie procesu zakażenia, zapewniając przewagę nad konkurującymi wirusami oraz odpowiedziami układu odpornościowego, może także prowadzić do pojawiania się oszustów – wadliwych cząsteczek, które zakłócają cały proces. Pozbawione większości genomu, wirusy-oszuści nie są w stanie skutecznie zakażać komórek, jednak potrafią rozwijać się w komórkach zakażonych przez sprawną cząsteczkę wirusową, ze szkodą dla tej ostatniej” - dodaje Sanjuán.

Zespół wykorzystał symulacje i doświadczenia, by wykazać, w jaki sposób wadliwy wirus, niezdolny do przeciwdziałania wytwarzaniu interferonu, może wpłynąć negatywnie na zdolność przenoszenia pobliskich wirusów, ostrzegając gospodarza o zakażeniu i powodując wzrost odporności niezakażonych komórek. Badacze uznali, że skala takiego nieudanego zakażenia zależy od parametrów fizycznych, takich jak lepkość ośrodka, w którym przenoszone są wirusy, ruchliwość komórek i wielkość wirionów.

Zgodnie z regułą Hamiltona, zespół odkrył również, że gromady cząstek enterowirusa, przenoszone wspólnie wewnątrz pęcherzyków lipidowych, mają tendencję do bycia spokrewnionymi ze sobą, co zwykle zapobiega pojawianiu się wirusów-oszustów.

Przyspieszenie rozwoju wirusologii

Zrozumienie wpływu interakcji i oddziaływań pomiędzy wirusami na ich przenoszenie oraz zakaźność toruje drogę do stosowania nowych podejść w dziedzinie wirusologii.

„Najnowsze dane wskazują, że wiriony wariantu Delta wirusa SARS-CoV-2 często ulegają nagromadzeniu, co w świetle naszych badań może mieć istotne znaczenie dla jego zakaźności” - mówi Sanjuán. „Jesteśmy dumni z tego, że nasze podejście zapoczątkowało dalsze badania, między innymi dotyczące tego, czy cząsteczki wirusów-oszustów można zmodyfikować w taki sposób, by działały jako środki przeciwwirusowe przeciwko patogenom, takim jak grypa lub COVID-19” - dodaje.

Obecnie w ramach finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu EVADER badacze analizują mechanizmy przenikania wykorzystywane przez wirusy odzwierzęce. Wczesne wyniki sugerują, że mogą one być również determinowane przez interakcje między wirusami.

© Unia Europejska, 1995-2023 | CC BY 4.0