İnfluenza (grip) virüsü sürekli olarak yeni mutasyonlar kazanarak bir evrim ve adaptasyon sürecinden geçmektedir. Jude Çocuk Araştırma Hastanesi'ndeki bilim adamları, grip virüslerinin neden ve nasıl değiştiğini açıklamak için yeni bir anlayış katmanı eklediler. "Erişilebilir olanın hayatta kalması" modeli, daha yaygın olarak kabul edilen "en uygun olanın hayatta kalması" evrim biçimine tamamlayıcı bir bakış açısı sağlıyor.
Virüsler, sürekli genetik mutasyonlar nedeniyle hızlı bir evrimsel akışa maruz kalırlar. Baskın tür olarak ortaya çıkan en son grip varyantıyla mücadele etmemiz gerektiğinden, insanların her yıl grip aşısı olmasının nedeni bu hızlı akıştır. Bu mutasyonları sıklıkla, varyant uyumunun bir popülasyonda hangi mutasyona uğramış virüsün baskın bir suş olarak ortaya çıkacağını belirlediği geleneksel evrimsel düşünce bağlamında görüyoruz. St. Jude ekibi bu teoriyi araştırdı ve "değişken erişilebilirlik" olarak adlandırılan, evrimin ana itici gücü olduğunu öne sürdükleri alternatif bir evrim ilkesi tanımladılar.
Alexander Gunnarsson (Ph.D.) ve M. Madan Babu (Ph.D., St. Jude Department of Structural Biology and Center of Excellence for Data-Driven Discovery) liderliğindeki araştırma, yardımcı olmak için bir mutasyonel erişilebilirlik modeli oluşturmayı içeriyordu.
Varyant erişilebilirliğinin takdir edilmeyen rolü
Genomik alfabede nükleotitleri temsil eden yalnızca dört harf vardır: (A)denosin, (T)hymine, (G)uanin ve (C)ytosine. Bir protein kodlayan gen içindeki üç nükleotidden oluşan gruplara kodon denir. Kodonlar, belirli bir amino asidi kodlayan proteinleri bir araya getirmek için bir reçete gibi davranır. Mutasyonlar, örneğin replikasyon sırasında nükleotidler değiştiğinde meydana gelir. Bu değişiklik, proteini yapmak için farklı bir amino asidin kullanılmasına yol açar. Ancak Babu ve Gunnarsson'un keşfettiği gibi, tüm mutasyonların ortaya çıkma olasılığı eşit değildir.
Babu, "Genetik replikasyon süreci, bir A'nın bir G yerine bir C'ye mutasyona uğramasının göreceli kolaylığı gibi yerleşik önyargılara sahiptir." "Bu, A'dan C'ye mutasyona sahip mutant havuzunun daha büyük olduğu ve hayatta kalan varyantların, A'dan G'ye mutasyona sahip daha uygun bir dizi olsa bile, ağırlıklı olarak bu belirli havuzdan ortaya çıkacağı anlamına gelir."
Gunnarsson ve Babu, influenza virüsünü bir vaka çalışması olarak kullanarak bu kavramı matematiksel bir modele dönüştürdü. Modelleri, araştırmacıların bir mutasyonun erişilebilirliğine dayalı olarak gelecekteki evrim yolunu tahmin etmelerini sağlar. Spesifik protein bölgelerinin, bir mutasyon elde ettikten sonra değiştirilme yeteneğini nasıl kazanabileceğini veya kaybedebileceğini araştırmak özellikle ilgi çekiciydi. Daha sonra bu kazanç veya kaybın proteinin işlevini nasıl etkilediğini incelediler.
Fosforilasyon, böyle bir modifikasyonun bir örneğidir. Bir proteinin spesifik amino asitlerine bir fosfat molekülü eklendiğinde ortaya çıkar. Grip açısından fosforilasyon, virüsün başarılı enfeksiyona aracılık etmek için konak moleküler yollarını ele geçirmesine yardımcı olabilir. Bu tür mutasyonlar, geçmişteki grip salgınları için kritik öneme sahip olabilir ve Gunnarsson ve Babu'nun modellerini geliştirmek için kullandıkları veri kümeleri bunlardı.
Jackpot etkinliklerinin önemi
Model aynı zamanda araştırmacıların uzun zamandır kavramsallaştırılmış bir mutasyon özelliği olan ikramiye olayını daha iyi anlamalarına yardımcı oldu. Bunlar, bir popülasyonun büyümesinin erken dönemlerinde tesadüfen meydana gelen ve nesiller boyunca görülen sürekli bir faydaya yol açan mutasyonlardır. Gunnarsson, "Bir genotip ne kadar erişilebilirse, bu özel ikramiye olayları o kadar sık olur, çünkü bu sadece olasılıksal bir olaydır," diye açıkladı Gunnarsson. "Belirli bir genin belirli bir mutasyonu edinme olasılığı yüz kat daha fazlaysa, o büyük ikramiye olayının orantılı olarak daha sık gerçekleştiğini göreceksiniz. Bu olaylar evrimde önemlidir ve öncelikle varyantların ne kadar erişilebilir olduğu tarafından yönlendirilir."
En uygun mutasyon olmasalar bile, daha erişilebilir mutasyonların bir popülasyonda baskın olması muhtemeldir. Gunnarsson, "En uygun mutasyonu edinme olasılığı yüz trilyonda bir ise," dedi, "en uygun mutasyon olsa bile, bunun bir popülasyonda sabitlenme olasılığı düşüktür. Birden fazla büyük ikramiye mutasyon örneğine sahip olduğunuzda. Istatistiksel olarak, bu varyantın yaygınlığı, başka, daha uygun ancak daha az erişilebilir bir mutantla karşılaştırıldığında daha az uygun olsa bile, büyük ölçüde artıyor."
Mutasyonel önyargı anlayışımızı ilerletmek ve gelişen sistemlerde sonuçları tahmin etmek
Varyant erişilebilirlik kavramı, sadeliği açısından zariftir, ancak doğadaki çoğu şey gibi, istatistiksel olasılıkların bir dengesidir. Mutasyon olayından ve belirli nükleotid değişikliklerinin olasılığındaki farklılıklardan kodon fazlalığına (aynı amino asit için çoklu kodonlar) kadar, evrimsel yolları yönlendiren bileşenler arasındaki hassas bir dengedir.
Babu, "Virüslerdeki biyokimyasal mutasyon önyargılarına (örneğin, replikasyon sırasında) ilişkin anlayışımızı ilerletmek, yeni yönler ve olasılıklar açabilir çünkü bir virüsün nasıl evrimleşme olasılığına dair çok daha iyi içgörüler sağlayacaktır." Aslında model, viral evrimi daha doğru tahmin etmek için grip virüsünün mutasyonel erişilebilirlik çerçevesinde nasıl değiştiğine dair tarihsel verilere uygulanıyor.
Erişilebilirliğe dayalı olarak viral evrimsel sonuçları tahmin etme yeteneği, grip uzmanı Dr. Hayvanlarda ve Kuşlarda Grip.
Webby, "Halk sağlığında, grip virüslerinin evrimsel yolunu tahmin etmeye çalıştığımız ve gelecekteki grip için en uygun aşıları seçmek de dahil olmak üzere birçok senaryo var." Dedi. "Erişilebilir olanın hayatta kalması" modeli, bu tahminleri güçlendirecek ve endişe verici özellikleri daha güvenli bir şekilde üstlenme olasılığı daha yüksek olan virüsleri belirlememize olanak tanıyacak."
Bu model aynı zamanda influenza ve hatta virolojinin ötesinde de geçerlidir ve farklı hastalıklardaki mutasyonel önyargılara yönelik daha fazla araştırmayı yönlendirir. Örneğin kanserde, model, belirli kansere yol açan veya ilaca dirençli mutasyonların neden tekrar tekrar yüzeye çıktığı gibi patolojiyle ilgili çok sayıda soruyu yanıtlamaya yardımcı olabilir.
Babu, "Modelimiz, belirli bir mutasyon türünün bir tümör sürücüsü olarak mı yoksa belirli bir tedaviye dirençli bir mutasyon olarak mı ortaya çıkacağını tahmin etmeye yardımcı olmak için uygulanabilir." Dedi. "Çalışmamızın viral ve tümör evrimini yönlendiren mutasyonel önyargıları karakterize etmeye yönelik araştırmaları teşvik edeceğini umuyoruz. Mutasyonel önyargıya katkıda bulunan biyokimyasal süreçleri ölçebilir ve daha iyi anlayabilirsek, bu, gelişen genetik sistemlerdeki mutasyonel sonuçları tahmin etmek için paha biçilmez olacaktır. Tahmin etme yeteneği sonuçlar gerçekleşmeden önce, sonunda ortaya çıktıklarında hazırlıklı olmamızı sağlayacaktır."
