Повышенная мутация возле кроссоверов подавляет эволюцию рекомбинации

В последние годы вирусы высокопатогенного птичьего гриппа подтипа H5 (HPAIV), особенно клада 2.3.4.4b, представляют собой глобальную угрозу для птицеводства, скота и общественного здоровья. Анализ вирусов подтипа H5 с 2000 по 2023 годы с использованием биоинформатики выявил прогрессивное увеличение мутации PA-X N193S, которая стала преобладающей как в авиатических, так и в млекопитающих изолятах клада 2.3.4.4b. С применением обратной генетики мы создали вирусы с PA-X 193N (rWT) и 193S (rWT-N193S). Мутация PA-X N193S значительно ингибировала активность вирусной полимеразы, одновременно усиливая shutoff хозяина. В то же время, rWT-N193S показал ослабленную репликацию в клетках птиц и млекопитающих, снижённую патогенность у мышей и подавление цитокиновых штормов. Однако он усиливал захват дендритными клетками (DCs), нарушая их созревание, активацию, секрецию цитокинов и пролиферацию CD4T-лимфоцитов. В экспериментах на носовой слизистой мышей мутация PA-X N193S снизила экспрессию CCL5, изменила набор DC и подавила сигналы IL-17/MAPK. Эти данные выявляют вирусный компромисс: мутация ослабляет эпителиальную репликацию и иммунопатологию, но усиливает захват DC и отключает функции слизистого иммунитета, что, вероятно, способствовало глобальному преобладанию мутации PA-X N193S в эпидемических вирусах подтипа H5.

является значимым патогеном человека, чья вирулентность строго регулируется системой кворум-сенсинга Agr. В этом исследовании мы изучили влияние Adh2, секретируемого белка от комменсальных бактерий, на физиологию и патогенность. Adh2 имеет структурное сходство с природными пептидами, вызывающими автоиндукцию (AIPs), включая консервативный мотив CDFIM, характерный для группы Agr I. Мы предположили, что Adh2 вмешивается в сигнализацию Agr, конкурируя за связывание с рецептором AgrC. Воздействие Adh2 значительно подавляло и его дочерний α-гемолизин, в то время как активировало ген, кодирующий поверхностный адгезин. Удаление региона Adh2, содержащего консервативный мотив CDFIM, полностью устраняло этот регулирующий эффект, указывая на то, что этот регион необходим для активности Adh2. Анализ RNA-Seq показал глобальную перезапись транскрипции, с подавлением вирулентных и метаболических генов. Протеомный профиль подтвердил эти наблюдения, показав уменьшение количества белков, вовлеченных в метаболические пути (например, углеводный, липидный и нуклеотидный метаболизмы), что соответствует смещению к состоянию низкой энергии, ориентированному на колонизацию. Важно, что Adh2 не уменьшал рост в широком диапазоне концентраций (0,01-10 г/л), но значительно усиливал образование биопленок. Администрация Adh2 значительно увеличила выживаемость эмбрионов зебрафиш, инфицированных, что подтверждает его потенциальную антивирулентность. В совокупности, эти результаты показывают, что Adh2 подавляет сигнализацию Agr и экспрессию вирулентных генов, одновременно способствуя поддержанию устойчивого фенотипа. Сдвигаясь к метаболически сниженной и менее патогенной стадии, Adh2 появляется как многообещающий кандидат для терапевтической модуляции бактериального поведения, особенно в контексте инфекций хронических ран.

Вирус Джеймстаун-Каньон (JCV) — это ортобунавирус, передаваемый комарами, с необычно широким спектром хозяев и переносчиков. Несмотря на увеличение случаев передачи вируса от комаров к человеку, вирусные детерминанты, определяющие адаптацию к хозяину, остаются плохо определёнными. Мы исследовали изменения в репликации JCV во время серийного переноса в клетках комаров и пытались связать адаптивные изменения вирусной жизнеспособности с конкретными генетическими мутациями. В клетках C6/36, полученных от комаров, JCV проявил характерный фенотип «задержки-всплеска», при котором репликация вируса оставалась практически неуловимой в течение 10 дней, прежде чем резко увеличиться. Удивительно, что после реинфекции свежих клеток C6/36, JCV, перенесённый один раз в клетках комаров, проявил немедленную и стабильную репликацию без заметной фазы задержки. Секвенирование до и после переноса выявило множество мутаций в сегменте M, связанных с повышенной репликацией. С использованием системы обратной генетики, основанной на плазмидах, индивидуальные мутации были внедрены в рекомбинантный JCV и оценены по их влиянию на репликацию в клетках комаров. Все протестированные мутации независимо улучшали эффективность репликации, что демонстрирует, что адаптация может происходить через несколько независимых генетических путей. Однако ни одна отдельная мутация полностью не воспроизводила фенотип, приобретённый естественным образом через перенос в клетках комаров. В совокупности, эти результаты показывают, что JCV быстро адаптируется к клеткам комаров при минимальном селективном давлении и подчеркивают потенциал появления всё более адаптированных вирусных вариантов.

Вирусы птичьего гриппа A (H9N2) широко распространены среди домашней птицы и периодически инфицируют млекопитающих, передавая гены другим возникшим штаммам. Факторы, позволяющие этим вирусам выдерживать более высокие температуры, недостаточно изучены. В данном исследовании мы использовали отбор по высокой температуре и глубокое мутационное сканирование насыщенной библиотеки мутантов гемагглютинина (HA) H9N2. Мы идентифицировали три мутации HA: S84F, G167N и D168N, которые увеличивают термостабильность вируса. Вирусы с этими мутациями лучше выживали при повышенных температурах. В экспериментах по передаче между курами мутация S84F позволила проводить распространение через воду при температуре, блокировавшей передачу диким вирусом. Сочетание всех трех мутаций было связано с признаками передачи по воздуху в одном из двух экспериментальных повторений. Эти результаты связывают термостабильность HA с экологической устойчивостью и потенциалом передачи при тепловом стрессе, что может повлиять на экологию вирусов H9N2.

При 6°C, когда предсердия большинства млекопитающих не могут быть активированы, изолированные предсердия беличьих бурундуков с 13 линиями, являющихся моделью хибернаторов, имеют интраселлюлярные потенциалы действия (ПД), которые увеличены по длительности и превышают норму. Предполагается, что избегание или задержка инактивации играет роль в поддержании и увеличении ПД. В опубликованном геномном исследовании натриевый канал Nav1.2, чувствительный к ТТХ, был идентифицирован как "более быстро эволюционирующий". В опубликованных последовательностях этого канала у пяти видов хибернаторов метионин заменяет лейцин в последовательности NQATL шестого трансмембранного сегмента первого домена (DIS6), но не в каких-либо из 10 видов нехибернатирующих плацентарных млекопитающих. Среди других чувствительных к ТТХ каналов Nav1.1 имеет ту же мутацию у 8 из 9 хибернаторов, как и Nav1.4 у летучих мышей и Nav1.3 у сурков, но эти изоформы не имеют мутации ни у одного нехибернатора. Все четыре канала присутствуют в сердечной мышце. Хотя они намного менее распространены, чем Nav1.5, они могут дополнять его во время физиологического стресса. В модели Nav1.4A было установлено, что метионин, заменяющий лейцин в NEATL (гомолог NQATL), образует две водородные связи с аспарагином NEATL. Лейцин не образует ни одной. Этот аспарагин высоко консервативен у всех представителей семейства Nav1 и модулирует как быструю, так и медленную инактивацию. Гипотеза: При температурах, приближающихся к 0°C, повышенная "липкость" метионина усиливает модуляцию близлежащего аргинина быстрой и медленной инактивации, тем самым помогая поддерживать возбудимость в сердцах хибернаторов, обладающих мутацией М-вместо-Л.

Эволюционировавшие последовательности могут быть использованы для вывода правил эволюции. Устно передаваемые народные мелодии - это эволюционные последовательности, сходство которых с белковыми последовательностями (одномерными, составленными из ограниченного алфавита) приглашает к применению методов биоинформатики для изучения культурной эволюции. Основное препятствие заключается в том, что мелодии кодируют ритм, что нарушает некоторые основные предположения стандартных алгоритмов выравнивания последовательностей. Мы разработали метод выравнивания, учитывающий ритм, и применили его к 40000 вариантов ирландских танцевальных мелодий, что позволило провести первую крупномасштабную автоматизированную мелодическую корреляцию. Четыре стандартных биоинформатических анализа — изменчивость, матрицы замен, позиционная консервация и ковариация — выявляют шаблоны, отличные от молекулярной эволюции, показывая силы, которые формируют каждую область: биохимические и биофизические ограничения для белков; память, двигательные и социальные привычки для мелодий. В совокупности результаты показывают, что биоинформатика предоставляет мощную основу — концептуальную, столь же многообразную, как и алгоритмическую — для изучения культурной эволюции. Хотя культурная передача музыки обсуждается на протяжении веков, здесь мы показываем, как её можно анализировать в больших масштабах.