Interakcje między wirusami mogą wspierać ich sukces w organizmie gospodarza lub ujawniać słabości, które czynią je bardziej podatnymi na leczenie. Naukowcy coraz dokładniej poznają mechanizmy, w jakie wirusy „spotykają się” i współdziałają wewnątrz komórek, które zakażają, oraz konsekwencje ich wzajemnego „uspołecznienia”.
Doktorant Alexander J. Robertson z programu Molecular & Cellular Biology na University of Washington jest jednym z badaczy zgłębiających te procesy.
„Badam ewolucję oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe poprzez mechanizmy wymagające interakcji między drobnoustrojami” – wyjaśnił.
W tym tygodniu jest głównym autorem pracy opublikowanej w Nature Ecology & Evolution.
Poliowirusy mogą powodować zakażenia przewodu pokarmowego, które w niektórych przypadkach przedostają się do układu nerwowego i prowadzą do porażenia. Chociaż szczepionki niemal całkowicie wyeliminowały chorobę na świecie, przypadki znów zaczynają rosnąć w Pakistanie i Afganistanie, jak informuje World Health Organization. Zwiększa to pilność badań nad nowymi terapiami.
„Opracowaliśmy model matematyczny wyjaśniający, dlaczego najbardziej obiecujący lek przeciwwirusowy przeciw poliowirusowi, pocapavir, wykazuje ograniczoną skuteczność w badaniach klinicznych, mimo zachęcających wyników z hodowli komórkowych” – powiedział Robertson.
Jest doktorantem współpracującym z autorami senioralnymi Alison Feder i Benem Kerrem. Laboratorium Feder z Department of Genome Sciences w UW School of Medicine bada szybkie procesy ewolucyjne patogenów i nowotworów. Z kolei zespół Kerra w Department of Biology w UW College of Arts & Sciences wykorzystuje modele matematyczne, symulacje komputerowe oraz eksperymenty do analizy procesów ekologicznych i ewolucyjnych.
„Kluczowy wniosek z naszej pracy jest nieintuicyjny” – tłumaczy Feder, adiunkt w dziedzinie nauk genomowych i stypendystka Freeman Hrabowski Scholar w Howard Hughes Medical Institute. „Skuteczność pocapaviru zależy od interakcji wirusów w obrębie tej samej komórki. Jednak gdy leczenie – zgodnie z założeniem – zmniejsza populację wirusa, te interakcje mogą niezamierzenie zanikać”.
Choć trwa dyskusja, czy wirusy powinny być uznawane za organizmy żywe, te „byty z pogranicza życia” mogą konkurować, współpracować lub dzielić zasoby genomowe w ramach mikrobiologicznego „wspólnego stołu”. Takie zachowania zbiorowe wpływają na ich podatność lub oporność na działania terapeutyczne. „Usocjalnienie” wirusów sprzyja czasem pojawianiu się nowych wariantów, ale innym razem może utrudniać ich powstawanie.
Analiza wspólnych reakcji wirusów na określone presje, takie jak leki przeciwwirusowe, może pomóc w opracowaniu skuteczniejszych terapii.
Pocapavir, badany lek przeciwwirusowy, może sprawiać, że wrażliwe poliowirusy uwrażliwiają na lek szczepy oporne. Chociaż strategia ta wydawała się skuteczna w poprzednich badaniach laboratoryjnych, w badaniu klinicznym poliowirusy wykształciły powszechną oporność.
Najnowsze badanie UW wykazało, że początkowe zastosowanie pocapaviru przy wysokim zagęszczeniu poliowirusa pozwala lekowi działać zgodnie z założeniem: wirusy wrażliwe uwrażliwiają wirusy oporne. Jednak w kolejnych generacjach silny lek zmniejszał gęstość populacji poliowirusa, co prowadziło do sytuacji, w której coraz mniej wirusów zakażało tę samą komórkę jednocześnie.
Przy mniejszej liczbie wirusów w populacji wirusy oporne nie musiały już „dzielić komórki” z wirusami wrażliwymi, co umożliwiło rozwój oporności.
Choć może to wydawać się sprzeczne z intuicją, badacze wykazali, że obniżenie mocy działania pocapaviru mogłoby poprawić sytuację, umożliwiając przetrwanie większej liczby wirusów wrażliwych, które nadal mogłyby uwrażliwiać szczepy oporne.
Wnioski te – choć nie stanowią rekomendacji klinicznej – mogą zachęcić do badania takich schematów dawkowania leków przeciwwirusowych, które zwiększają prawdopodobieństwo koinfekcji tej samej komórki przez wirusy wrażliwe i oporne, ograniczając w ten sposób rozwój oporności i zapobiegając nawrotom choroby.
Autorzy zauważają, że w przypadku leków, których skuteczność zależy od interakcji między wirusami, istnieje istotny kompromis: intensywne „uderzenie” może szybko usunąć wirusa, ale jednocześnie sprzyjać powstawaniu oporności. Delikatniejsze podejście może trwać dłużej, lecz potencjalnie utrudnia przejęcie populacji przez szczepy oporne i ich dalsze szerzenie. Paradoksalnie, promowanie interakcji społecznych między wirusami poprzez zastosowanie słabszego leku może zwiększyć jego długoterminową skuteczność.
Praca została sfinansowana przez National Institutes of Health (T32-GM136534-02) oraz Environmental Biology Division w National Science Foundation (2142718).
Journal: Nature Ecology & Evolution
DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41559-025-02926-x
