Новая статья в журнале Molecular Biology and Evolution показывает, что в популяциях ВИЧ у людей с более высокой вирусной нагрузкой также выше уровень вирусной рекомбинации. Таким образом, чем больше ВИЧ в крови, тем легче вирусу диверсифицироваться.
Одна из причин, по которой с ВИЧ исторически было так трудно бороться, - исключительно высокая скорость рекомбинации вируса. Рекомбинация обеспечивает обмен генетической информацией между штаммами вируса и способствует эволюции ВИЧ среди людей. Этот генетический обмен помогает вирусу избегать иммунной системы и становиться устойчивым ко многим препаратам, предназначенным для лечения ВИЧ.
В целом рекомбинация является важным фактором эволюции, позволяющим организмам очищать разрушительные мутации и добавлять полезные. Несмотря на ее важность, ученые пока не понимают, как изменяется скорость рекомбинации при ВИЧ-инфекции или у разных людей. Понимание факторов, влияющих на скорость рекомбинации у такого хорошо изученного вируса, как ВИЧ, может помочь раскрыть некоторые из эффектов, которые рекомбинация оказывает на эволюцию в более широком смысле.
Одним из важных, но малоизученных этапов рекомбинации при ВИЧ является коинфекция, когда две разные вирусные частицы заражают одну и ту же клетку. Несмотря на давний интерес к рекомбинации ВИЧ, мы пока не понимаем, могут ли вариации в скорости коинфекции привести к вариациям в скорости рекомбинации. Хотя исследования ВИЧ в клеточных культурах и на мышах показали, что рост коинфекции связан с увеличением количества рекомбинантных вирусов, неизвестно, наблюдается ли этот эффект у людей, живущих с ВИЧ.
Ученые, участвовавшие в новом исследовании, предположили, что люди с более высокой вирусной нагрузкой (большее количество ВИЧ в крови) будут иметь больше клеток, которые коинфицированы, что приведет к более высокой частоте рекомбинации вируса. Чтобы проверить эту гипотезу, ученые разработали новый подход под названием Recombination Analysis via Time Series Linkage Decay (анализ рекомбинации через распад связей во временном ряду - RATS-LD) для количественной оценки рекомбинации с помощью генетических ассоциаций между мутациями с течением времени.
Авторы проверили RATS-LD на симуляционных данных в условиях секвенирования с коротким чтением, а затем применили его к данным секвенирования с высокой пропускной способностью, стратифицировав популяции по вирусной нагрузке (косвенный показатель плотности). Среди отобранных вирусных популяций с самой низкой вирусной нагрузкой (копий/мл) скорость рекомбинации совпадала с существующими оценками. Однако среди образцов с самой высокой вирусной нагрузкой, медианная оценка была примерно в 6 раз выше. Помимо того, что скорость рекомбинации и вирусная нагрузка различаются у разных людей, ученые также обнаружили, что они связаны между собой в разных временных точках. Полученные данные свидетельствуют о том, что рекомбинация не является постоянной и единообразной силой, а может динамично и резко меняться с течением времени.
Многие организмы, такие как бактерии и растения, не нуждаются в рекомбинации для размножения, но могут извлекать из нее пользу. Для обмена генетическим материалом эти организмы также полагаются на то, что два разных генома встретятся друг с другом в одном и том же месте и в одно и то же время. В связи с этим результаты исследования позволяют предположить, что плотность популяции может влиять на эффективную скорость рекомбинации в различных условиях.
"Бурный рост данных секвенирования за последние несколько десятилетий позволил генетикам глубже понять, что скорость рекомбинации может зависеть от контекста и подвержена влиянию множества различных молекулярных факторов", - говорит Елена В. Ромеро, один из авторов работы. "Здесь мы показываем, что плотность популяции может служить одним из этих ранее недооцененных факторов для вирусов".
