Istraživači su bacili novo svetlo na to kako evolucija virusa, imunitet stanovništva i ko-cirkulacija drugih virusa gripa oblikuju sezonske epidemije gripa.
Istraživanje, objavljeno danas kao Pregledani preprint u eLife-u, istražuje odnose između evolucionih i epidemioloških količina kod gripa i predstavlja fundamentalne nalaze koji značajno unapređuju naše razumevanje pokretača epidemija gripa, prema urednicima eLife-a.
Autori su koristili bogat skup izvora podataka da obezbede ono što urednici kažu da su ubedljivi dokazi o ulozi genetske udaljenosti, dinamike podtipova gripa i epidemioloških indikatora u predviđanju epidemija gripa. Nalazi ističu genetsku udaljenost i interferencije podtipova kao ključne faktore u određivanju vremena i težine godišnjih izbijanja.
Virusi gripa kontinuirano akumuliraju genetske promene u dva ključna proteina prikazana na njihovoj površini – koji se nazivaju hemaglutinin (HA) i neuraminidaza (NA) – proces poznat kao antigenski drift. Antigenski drift omogućava virusu da izbegne imunološko prepoznavanje kod ljudi koji su vakcinisani ili su imali prethodnu infekciju, ostavljajući ih izloženim ponovnoj infekciji.
Od dva tipa virusa gripa koji rutinski cirkulišu zajedno kod ljudi (influenca A i B), grip A, a posebno podtip A(H3N2), ima najbrže stope antigenskog odstupanja i izaziva najteže bolesti i smrt.
Amanda Perofski, vodeći autor studije i naučnik na Institutu Brotman Bati, Univerzitet u Vašingtonu, SAD, i Fogarti International Center, Nacionalni institut za zdravlje, kaže: „U teoriji, antigenski drift će dovesti do podložnijih pojedinaca, što bi zauzvrat trebalo da dovede do više infekcija gripom i većih ili težih epidemija“.
„Međutim, prethodni dokazi za ovo u epidemiološkim podacima bili su pomešani. Smatra se da mutacije u HA izazivaju većinu antigenskog odstupanja, tako da se napori nadzora da se prati i predvidi evolucija gripa fokusira na HA.“
„Manje je fokusa na NA, iako su antitela protiv NA takođe u korelaciji sa imunitetom i utiču na ozbiljnost infekcije. Štaviše, van pandemija gripa, malo se zna o tome kako različiti kocirkulišući podtipovi gripa potencijalno ometaju jedni druge, utičući na veličinu izbijanja .“
U ovoj studiji, Perofski i kolege iz Centra za rak Fred Hutchinson, Medicinskog fakulteta Icahn na planini Sinai, američkih centara za kontrolu i prevenciju bolesti i Svjetske zdravstvene organizacije pratili su evolucijsku dinamiku A(H3N2) – mjerenu oba genetička niza. i serološki testovi – i povezao ovo sa podacima epidemiološkog nadzora nad gripom u SAD tokom 22 sezone gripa pre pandemije COVID-19.
Počeli su tako što su identifikovali različite indikatore evolucije gripa svake sezone, koristeći podatke o genetskim sekvencama HA i NA iz Epiflu baze podataka Globalne inicijative za deljenje podataka o ptičijoj influenci (GISAID) i serološke podatke o imunoj unakrsnoj reaktivnosti između virusa koje je obezbedila Svetska zdravstvena organizacija. Centri za saradnju globalnog sistema za nadzor i reagovanje na gripu (GISRS) u Tokiju, Londonu, Melburnu i Atlanti.
Napravili su filogenetska stabla koja pokazuju linije evolucije virusa A(H3N2) tokom vremena i izmerili su genetske i antigenske udaljenosti između virusa koji cirkulišu u uzastopnim sezonama kako bi pokazali koliko su virusi evoluirali u tom vremenskom okviru.
Zatim je tim istražio koje su od ovih mera virusne „kondicije“ najjače povezane sa varijacijama izbijanja A(H3N2) gripa u različitim godinama.
Kada su upoređivali prediktivne performanse zasnovane na sekvenci i serološke evolucione metrike, otkrili su da genetske udaljenosti zasnovane na širokim skupovima antigenskih mesta („epitopa“) u HA i NA imaju najjaču, najdosledniju vezu sa opterećenjem bolesti godišnjim epidemijama, stope prenošenja virusa i ozbiljnost infekcije, i uticali su na dominantni podtip gripa A—A(H3N2) ili A(H1N1)—koji cirkuliše u svakoj sezoni.
Kada se genetska distanca kod HA naspram NA dovede u vezu sa epidemiologijom A(H3N2), antigenski drift H3 (HA antigen virusa A(H3N2)) bio je snažnije povezan sa veličinom epidemije, prenosivosti virusa, starosnom distribucijom slučajeva i broj viška smrtnih slučajeva uzrokovanih virusom A(H3N2).
U međuvremenu, antigenski drift N2 (NA antigen virusa A(H3N2)) bio je snažnije povezan sa intenzitetom epidemija („oštrinom“ krive epidemije) i većom prevalencijom slučajeva A(H3N2) u odnosu na A( H1N1) slučajeva u populaciji. Povećani pomak u N2 je takođe bio povezan sa manje dana od početka epidemije do vrhunca incidencije (mera brzine epidemije).
„Direktna veza između NA antigenskog pomaka i obrazaca incidencije A(H3N2) bila je iznenađujući i ključni rezultat naše studije“, kaže Perofski. „Očekivali smo da će HA pokazati jače povezanosti sa sezonskom incidencom, s obzirom da izaziva jači imuni odgovor od NA.“
Uzeti zajedno, rezultati autora su pokazali da je veći antigenski drift i kod HA i kod NA bio povezan sa većim, intenzivnijim epidemijama, većom transmisijom, većom dominacijom podtipa A(H3N2) i više slučajeva kod odraslih nego dece.
Konačno, tim je primenio modele mašinskog učenja kako bi procenio relativni značaj evolucije virusa, prethodnog imuniteta stanovništva, ko-cirkulacije drugih virusa gripa i pokrivenosti vakcinom i efikasnosti u predviđanju regionalne dinamike epidemije A(H3N2). Koristeći jedan od modela (koji se naziva nasumična šuma), mogli su precizno predvideti regionalnu veličinu epidemije, vršnu incidenciju i obrasce dominacije podtipova sezonskih epidemija koje su se dogodile između 1997. i 2019.
Iznenađujuće, otkrili su da je incidencija A(H1N1) više predviđala epidemije A(H3N2) nego evoluciju virusa, što sugeriše da interakcije između različitih virusnih podtipova – to jest, interferencija podtipova – igraju ključnu ulogu u dinamici infekcije gripom tipa A.
„Naša studija pokazuje da je dinamika epidemije gripa delimično oblikovana antigenskim driftom virusa u oba površinska proteina, i da su indikatori genetske sekvence antigenskog odstupanja bili informativniji od seroloških (ili antitela) podataka za predviđanje epidemija u analiziranom vremenskom okviru“, zaključuje stariji autor Cecile Viboud, naučnik u Međunarodnom centru Fogarti, Nacionalni institut za zdravlje.
„Naš rad je prvi koji povezuje NA antigenski drift sa epidemijskim opterećenjem, vremenom i starosnom distribucijom infekcija. Veza između odstupanja NA i sezonske incidencije dodatno naglašava važnost praćenja evolucije i HA i NA kako bi se informisalo o selekciji sojeva za godišnje vakcine protiv gripa i napore u predviđanju epidemije.“
