Phylogenetically estimated neutral rates and fitness effects of mutations to influenza proteins

تخيل فيروس الإنفلونزا كمكتبة ضخمة وفوضوية، حيث يتم نسخ الكتب (شفرتها الجينية) وإعادة كتابتها باستمرار. أحيانًا تكون هذه التعديلات مجرد أخطاء مطبعية عشوائية لا تغير القصة على الإطلاق (طفرات محايدة). وفي أحيان أخرى، تكون الأخطاء سيئة جدًا لدرجة أنها تفسد الحبكة، أو جيدة جدًا لدرجة تجعل القصة الأكثر مبيعًا (طفرات تؤثر على اللياقة).

لفترة طويلة، لم يستطع العلماء سوى النظر إلى بضعة آلاف من هذه الكتب في المرة الواحدة لفهم كيفية تطور الإنفلونزا. هذه الدراسة الجديدة تشبه توظيف أسطول من الروبوتات فائقة السرعة لقراءة وتنظيم أكثر من 100,000 من هذه الكتب الفيروسية في آن واحد. ومن خلال بناء شجرة عائلة ضخمة من هذه المجموعة الهائلة، استطاع الباحثون أخيرًا رؤية الصورة الكبيرة.

إليك ما اكتشفوه، مقسمًا إلى مفاهيم بسيية:

1. آلة "الأخطاء المطبعية" ليست عشوائية
قد تعتقد أنه عندما يرتكب الفيروس خطأً، فمن المحتمل أن يستبدل أي حرف بأي حرف آخر بشكل متساوٍ (مثل استبدال حرف 'A' بحرف 'C' بنفس احتمالية استبداله بحرف 'G'). وجدت الدراسة أن هذا ليس صحيحًا. للفيروس "انحياز" محدد للغاية في كيفية ارتكاب الأخطاء؛ فبعض أنواع الأخطاء المطبعية تحدث 100 مرة أكثر من غيرها. الأمر كما لو أن آلة النسخ الخاصة بالفيروس معطلة بطريقة تفضل أخطاءً معينة على غيرها.

2. تشابه عائلي مع فيروسات أخرى
عندما قارن الباحثون "أنماط الأخطاء المطبعية" هذه بفيروسات شهيرة أخرى مثل SARS-CoV-2 وHIV، وجدوا تشابهًا عائليًا مدهشًا. القواعد الأساسية لكيفية ارتكاب هذه الفيروسات للأخطاء متشابهة جدًا، مثل أبناء عمومة يمتلكون نفس الأنف العائلي. ومع ذلك، عندما تنظر عن كثب إلى التفاصيل المحددة (مثل سياق الحروف المحيطة بالخطأ المطبعي)، يبدأ فيروس الإنفلونزا وSARS-CoV-2 في الظهور بشكل مختلف تمامًا، مثل أبناء عمومة نشأوا في أحياء مختلفة تمامًا.

3. بطاقة تقييم "اللياقة"
أراد الباحثون معرفة: أي من هذه الأخطاء المطبعية تهم حقًا؟ لمعرفة ذلك، لعبوا لعبة "التوقع مقابل الواقع":

• التوقع: بناءً على انحياز "آلة الأخطاء المطبعية" الذي اكتشفوه، قاموا بحساب عدد المرات التي كان ينبغي أن يحدث فيها طفرة معينة إذا لم تكن مهمة على الإطلاق.
• الواقع: قاموا بعدّ عدد المرات التي ظهرت فيها تلك الطفرة فعليًا في شجرة العائلة.
• النتيجة: إذا حدثت طفرة ما بنسبة أقل بكثير مما هو متوقع، فهذا يعني أن الفيروس "رفضها" لأنها كانت ضارة (لياقة سيئة). وإذا حدثت كما هو متوقع، فمن المرجح أنها كانت غير ضارة.

لقد أنشأوا بطاقة تقييم ضخمة تغطي حوالي 33,000 تغيير يبدو ضارًا و 8,000 تغيير يبدو غير ضار عبر كل بروتين في فيروس الإنفلونزا.

4. قواعد خفية وخرائط تفاعلية
كشفت هذه البطاقة عن بعض المفاجآت. على سبيل المثال، حتى التغييرات التي كان من المفترض أن تكون "غير ضارة" (الطفرات المرادفة)، ظهرت أحيانًا بنسبة أقل مما هو متوقع، مما يشير إلى أنها تمتلك قواعد خفية أو وظائف لم نكن نعرفها.

ولجعل هذه الكمية الهائلة من البيانات سهلة الاستكشاف، بنى الفريق خرائط حرارية تفاعلية (مثل خريطة ملونة وقابلة للنقر). يمكنك النقر على أي جزء من كود الفيروس لرؤية "درجة لياقته"، مما يساعدنا على فهم الأجزاء الهشة والأجزاء المرنة في الفيروس بدقة.

باختختصار
لم تكتفِ هذه الدراسة بالنظر إلى بضع صفحات من قصة فيروس الإنفلونزا؛ بل قرأت المكتبة بأكملها. ومن خلال مقارنة "أخطاء" الفيروس الطبيعية بما نتوقعه حدوثه بالصدفة، أنشأوا خريطة مفصلة لكيفية تشكيل الطفرة والانتخاب للفيروس في العالم الحقيقي، مع إظهار كيفية ملاءمته للعائلة الأوسع من الفيروسات مثل SARS-CoV-2 وHIV.