В стъклен буркан в университета в Цюрих бял дроб стои в мълчание повече от сто години. Консервиран във формалин, органът е принадлежал на 18-годишен швейцарец, починал по време на първата вълна на грипната пандемия от 1918 г. Смята се, че пандемията от испански грип от 1918 – 1920 г. е убила между 50 и 100 милиона души по целия свят.
Сега този вековен бял дроб разкрива генетичната история зад грипа, който е убил пациента.
ОЩЕ: Сезонният грип може да е пряк потомък на "испанския грип", убил до 100 милиона души
Използвайки авангардни техники за РНК секвениране, изследователите са реконструирали пълния геном на вируса на грип А (IAV), отговорен за този конкретен щам на испанския грип. Това, което са открили, оспорва дългогодишните предположения за това как и кога вирусът се е развил в един от най-смъртоносните патогени в човешката история.
„Това е първият път, когато имаме достъп до грипен геном от пандемията от 1918 до 1920 г. в Швейцария“, казва Верена Шюнеман, палеогенетик в Университета в Базел и старши автор на изследването, публикувано в BMC Biology. „Това открива нови прозрения за динамиката на това как вирусът се е адаптирал в Европа в началото на пандемията.“
Вирусна капсула на времето
Пандемията от грип от 1918 г. – често наричана „испански грип“ – е убила десетки милиони хора по целия свят, с необичайно висок брой жертви сред младите хора. Но въпреки цялото опустошение са били секвенирани само шепа вирусни геноми от тази епоха. И досега нито един не е бил от ранната фаза на пандемията в континентална Европа.
ОЩЕ: Петте най-смъртоносни епидемии в историята - COVID не е там
Това се променило с образец ZH1502: бял дроб, съхраняван в медицинската колекция на Цюрих от 15 юли 1918 г. Изследователите извлекли вирусна РНК от белия дроб, използвайки новоразработен метод за секвениране, базиран на лигиране, който е предназначен да възстанови дори най-разградените РНК фрагменти. Протоколът се оказал решаващ. За разлика от ДНК, РНК се разгражда бързо – особено в тъкани, консервирани в агресивни химикали като формалин.
Schweizerisches Nationalmuseum
„Древната РНК се запазва за дълги периоди само при много специфични условия“, казва Кристиан Ърбан, водещ автор на изследването. „Ето защо разработихме нов метод за подобряване на способността ни да възстановяваме древни РНК фрагменти от такива образци.“
Ранните мутации подготвят почвата за бедствие
Това, което прави този геном особено забележителен, е историята, която разказва за еволюцията на вируса.
ОЩЕ: Предупреждение: Домашните птици и прасетата могат да докарат нов грип на човека
Предишното схващане е било, че определени мутации – тези, които са позволили на грипния вирус да заразява хората по-ефективно – са възникнали едва по-късно, когато пандемията се е ускорила по време на смъртоносната си втора вълна през есента на 1918 г. Но геномът от Цюрих показва, че някои от най-важните от тези мутации вече са били налице през юли.
„До юли 1918 г. вирусите от първата вълна вече са развили няколко критични адаптации към новата си човешка ниша“, пишат изследователите.
Две от тези мутации са повлияли на начина, по който вирусът е избягвал MxA, белтък в човешката имунна система, който блокира репликацията на птичи грипни вируси. Другата променила хемаглутинин, повърхностен белтък, който помага на вируса да се закрепи към човешките клетки. Тази промяна направила вируса по-добър в заразяването на хора – подобно на начина, по който вирусът SARS-CoV-2 еволюира, за да се свързва по-здраво с ACE2 рецептора по време на пандемията от COVID-19.
Всички геноми от втората вълна носят тези мутации, което показва, че те дават на вируса ясно предимство. Геномът от Цюрих е най-ранният, който показва и трите.
По-широка генетична картина
Изследователите сравнили генома от Zurich с други от Германия и Северна Америка. Това, което открили, рисува картина на изненадващо генетично разнообразие в началото на пандемията.
Полицаи от Сиатъл, носещи платнени маски за лице, раздавани от Американския червен кръст по време на пандемията от испански грип, декември 1918 г. Public Domain
От 35-те разлики между ZH1502 и по-рано секвениран европейски геном (MU-162), 14 причинили промени във вирусните белтъци. Най-големите вариации се появили в гена, кодиращ полимеразен протеин, известен като PB2, сегмент от вируса, критичен за репликацията.
Когато изследователите сравнили вируса от 1918 г. с проби от пандемията от грип H1N1 през 2009 г., те открили, че по-старият щам показва повече генетични вариации в няколко сегмента, включително PB2 и хемаглутинин. Това подсказва за бърза адаптация – и може би ранно пренареждане между различните вирусни щамове.
„Фактът, че един и същ HA вариант е открит свързан с ясно различаващи се други сегменти (особено в PB2), е първи намек за потенциално пренареждане в началото на пандемията“, отбелязват авторите.
