В 2007 году, изучая геном человека, компьютерный генетик Пардис Сабети сделала открытие, которое изменило ее исследовательскую карьеру. Будучи тогда научным сотрудником в Институте Броуда Массачусетского технологического института и Гарварде, Сабети обнаружил потенциальные доказательства того, что некая неизвестная мутация в гене под названием LARGE1 оказала благотворное влияние на население Нигерии.
Другие ученые обнаружили, что этот ген имеет решающее значение для проникновения вируса Ласса в клетки. Сабети задался вопросом, может ли мутация в LARGE1 предотвратить лихорадку Ласса — инфекцию, вызываемую вирусом Ласса, которая является эндемической для Западной Африки и может быть смертельной для некоторых людей и легкой для других.
Чтобы выяснить это, Сабети позже в 2007 году, будучи новым преподавателем Гарвардского университета, решила, что одним из первых проектов, которые возьмет на себя ее новая лаборатория в Броуде, будет полногеномное ассоциативное исследование (GWAS) восприимчивости к Лассе. Она обратилась к своему коллеге Кристиану Хаппи, ныне директору Африканского центра передового опыта в области геномики инфекционных заболеваний (ACEGID) в Университете Искупителя в Нигерии, и вместе они начали исследование.
Теперь их группы и сотрудники сообщают о результатах этого исследования в журнале Nature Microbiology — первом в истории GWAS вируса уровня биобезопасности 4 (BSL-4). Команда обнаружила два ключевых генетических фактора человека, которые могут помочь объяснить, почему у некоторых людей развивается тяжелая лихорадка Ласса, а также набор вариантов LARGE1, связанных с уменьшением шансов заболеть лихорадкой Ласса. Эта работа может заложить основу для более эффективных методов лечения лихорадки Ласса и других подобных заболеваний. Ученые уже работают над аналогичным генетическим исследованием восприимчивости к Эболе.
В документе также описываются многочисленные проблемы, которые команде пришлось преодолеть за 16 лет совместной работы, такие как изучение опасного вируса и набор пациентов с заболеванием, которое недостаточно документировано в Западной Африке. Десятки ученых внесли свой вклад в работу и потратили семь лет на набор пациентов в Нигерии и Сьерра-Леоне, а также еще много лет на разработку исследовательской программы и анализ результатов.
«Чтобы это сделать, действительно потребовалась целая деревня», — сказал Хаппи, один из старших авторов вместе с Сабети.
«Поколения людей в наших лабораториях, в разных учреждениях и странах, потратили значительную часть своей карьеры на то, чтобы добиться этого», — добавил Сабети.
Соавторами исследования являются Дилан Котлиар, ординатор внутренних болезней Brigham and Women's Hospital и доктор медицинских наук. студент в лаборатории Сабети, пока проект продолжался; Сиддхартх Раджу, аспирант лаборатории Сабети; Шервин Тебризи, постдокторант исследовательского центра Broad; и Икпонмвоса Одиа, исследователь из специализированной клинической больницы Ируа в Нигерии.
Учения Лассы
Сабети вспоминает первые обсуждения команды при запуске проекта. Они знали, что нужно быть осторожными на каждом шагу: чтобы работать с вирусом BSL-4, ученые должны носить герметичные скафандры, подключенные к воздуху, отфильтрованному HEPA, в специальной лаборатории сдерживания. Вирус вызывает лихорадку, боль в горле, кашель и рвоту, но у некоторых людей может быстро прогрессировать до недостаточности органов.
«Это было чрезвычайно сложное исследование, чтобы начать его», — сказал Котлиар, который работал над проектом на протяжении всей своей докторской диссертации. в лаборатории Сабети. «Я думаю, что шрамы в боях, то, что мы узнали на этом пути о том, как реализовать подобный проект, будут иметь важное значение для будущих исследований вирусов в развивающихся странах».
Найти участников для исследования также будет непросто. В настоящее время не существует одобренных FDA диагностических средств для Ласса, а случаи заражения вирусом Ласса обычно не документируются. Ежегодно в Нигерии, самой густонаселенной стране, где вирус является эндемичным, регистрируется менее 1000 случаев заболевания, причем случаи часто происходят в сельских районах, вдали от диагностических центров, многие из которых не имеют технологий для обнаружения вируса.
Инфицирование другими вирусами и сложность генома разных штаммов одного и того же вируса Ласса могут усложнить анализ. Более того, африканское население исторически было недостаточно представлено в прошлых генетических исследованиях, что снижает статистическую мощность анализа данных и может затруднить выявление ключевых генетических вариантов.
Когда Сабети начала думать о том, как начать проект, она обратилась к Хаппи, которого знала по их совместной работе над возбудителем малярии Plasmodium falciparum. С помощью сотрудников, в том числе Питера Окохере, врача, лечащего пациентов Ласса в специализированной клинической больнице Ируа, они начали набирать пациентов из Нигерии и Сьерра-Леоне. Затем они сравнили геномы примерно 500 человек, у которых была лихорадка Ласса, и почти 2000 человек, у которых ее не было.
В нигерийской когорте команда обнаружила, что люди с набором вариантов гена LARGE1, который модифицирует клеточный рецептор, связывающийся с определенными вирусами, с меньшей вероятностью заболеют лихорадкой Ласса. Сабети, Хаппи и их коллеги также обнаружили геномные области, связанные с летальностью Ласса: в гене LIF1, который кодирует молекулу, передающую иммунную сигнализацию, и в нигерийской когорте гене GRM7, который участвует в центральной нервной системе. Затем команда использовала крупномасштабный скрининг, называемый массово-параллельным репортерным анализом, чтобы определить, какие варианты в этих геномных регионах могут быть функциональными и могут стать целями новых методов лечения.
Лучшее обнаружение
Исследователи говорят, что для улучшения выявления и лечения лихорадки Ласса необходимо больше диагностических центров и диагностических центров, работающих на местах, а также лучшая инфраструктура здравоохранения для связи отдаленных мест с крупными больницами.
«Это действительно подчеркивает необходимость продолжения инвестиций в понимание генетики африканского населения», — добавил Раджу. «Даже имея относительно ограниченный набор образцов, мы улучшили наше понимание некоторых африканских популяций, особенно в отношении генов, связанных с иммунитетом, и это показывает, как много еще предстоит сделать в будущем».
Спустя шестнадцать лет после того, как они впервые начали задумываться о генетике лихорадки Ласса, Сабети и Хаппи воодушевлены результатами исследования, которые могут объяснить биологические различия между легким и тяжелым заболеванием. По их словам, работа также показывает, что благодаря продуманному сотрудничеству между странами возможны полногеномные исследования ассоциаций вирусов BSL-4. Исследователи уже начали проводить аналогичное исследование Эболы в Сьерра-Леоне и Либерии, а другие ученые призывают усилить надзор за патогенами и научную подготовку в Африке.
«Мы находимся на этапе, когда мы действительно можем начать разработку средств диагностики вируса Ласса и проводить гораздо более широкое тестирование», — сказал Хаппи. «Нам нужна лучшая инфраструктура, но я думаю, что мы показали, что такого рода исследования заслуживают внимания».
