编辑:预测病毒进化:从基因组进化的流行病学趋势

1介绍

进化是理解病毒的核心,鉴于它的重要性在病毒出现等过程(1),适应宿主免疫(2)、降级减毒疫苗株的毒力(3),外源病毒表达载体的序列(的损失4)和抵抗抗病毒药物的发展(5)。病毒已经证明了宝贵的研究进化的进化过程和识别潜在的机制,快速适应(由于他们的潜力6)。以及evolutionary-oriented比较临床和环境样品的分析,病毒的动物、植物、细菌和其他生物实验是在实验室控制条件下演变而来的。在过去的十年里,进化生物学家努力致力于预测进化过程的结果和评估这种可预测性的极限(7,8)。然而,尽管病毒作为模型系统在进化生物学的重要性,只有有限的进化预测测试病毒的例子(2,8,9)。这种缺乏研究引人注目,因为病毒进化是由于短(i)快速生成时期,人口众多大小,和高突变率,(2)可重复的临床和实验室,这是一个重要的先决条件高的可预测性,和(3)高度相关的由于其对健康的影响,生计和生态系统(6,8)。显著的预测病毒进化,比如未来的甲型流感病毒(IAV)株(2),说明这些各个方面,从基本的可行性预测其相关性(8)。

进化可预测性病毒研究中被忽视了,或有价值的预测不可逾越的障碍吗?一些问题,如主机转变和新出现的病毒(1),可能仍然难以捉摸的由于他们非常随机的性质和不完整的知识相关生态、人口和环境变量。然而,对于已知病毒,有可能开发通用的指导原则和广泛的,有意义的框架?做每个宿主系统的细节在多大程度上决定进化的结果?这些主要悬而未决但高度相关的问题激发了这一研究课题雷竞技rebat前沿病毒学。而小数量的提交可能反映了我们担心这些问题忽视了到目前为止,的质量和创新的研究使我们对未来充满希望。

2预测病毒进化的挑战

的出现和全球传播SARS-CoV-2提供了鲜明的现实检查病毒进化的可预测性。从第一原理,对冠状病毒的变异率,增加病毒的知识,一些一般性的预测未来该病毒的进化可能是(8)。然而,我们无法做出具体预测强调了并发附近出现的高度传染性的α,β,意外和γ变异,这些变异中含有相当数量的突变产生的17 - 21(区间)(10,11)。在这个研究课题,Ghafari et al。使用仿真模型解决这个问题去探索不同的底层健身景观的影响和感染病毒突变的长寿概要文件。最大支持模型预测健身景观作为一个高原,必须越过陡峭的峰。长期慢性感染允许这些多个突变积累在一个或几个个体,由于缺乏狭窄的传输瓶颈。本文说明了如何使用相对简单的进化模型探讨不同场景的合理性。SARS-CoV-2的一个关键问题是观察到的模式很可能会重复在其他病毒。我们相信长期病毒感染一般需要特别注意,因为它们的进化意义。此外,一些关键要求适用于病毒慢性感染的相关性;病毒是崎岖的健身景观(12),大的有效种群大小使“跨越式”健身山谷,减少重复性的进化(13),在病毒感染的影响持续时间适应在其他系统(4,14)。此外,鉴于跨越的小概率事件,这些过程是不容易的学习与实验进化由于有限的复制。

SARS-CoV-2大流行期间普遍采取了一个关键的措施是社会距离,减少病毒传播,从而避免压倒性的卫生保健系统(15)。然而,这种干预的进化结果是什么?在这个研究课题,Laguna-Castro和拉萨罗解决这个问题通过实验进化的噬菌体Qβ不同密度的易感细菌。与预期相反,更稳定的病毒颗粒或谨慎的主机开发将发生,高传染性不断进化在低密度。这个意想不到的发现强调,即使是相对简单的实验环境控制,导致高度可再生的突变模式,仍然很难让全球,定性预测。所讨论的Laguna-Castro和拉萨罗的机制,导致宿主适应低密度之间的不同病毒物种(16)。,这是合理的其他实例病毒的进化救援面临不利的环境条件也以进化收敛在物种水平,而是跨物种变化定性条件。这种可能性时应牢记发展中公共卫生政策,因为它意味着有效的病毒疫情的控制策略可能会失败,甚至会适得其反,当应用于其他病毒。

病毒进化可以预防或治疗干预措施无效,但是它也可以利用?最壮观的建议源于进化论是致命性突变(17)。大多数病毒有很高的内在的变异率,变异率和诱变药物可能导致灾难性的水平,导致更小病毒种群的灭绝。然而,进化逃避可能和其他诱变剂的应用可能会不受欢迎的后果?在这个研究课题,银行等。考虑什么样的突变可能会拯救病毒种群暴露于诱变剂。给出的典型分布突变健身效果(王凯)(18),稀缺的有益突变不可能弥补的有害的影响。Mutation-rate-modifying突变是发生在一些病毒(19)。这些突变可能保护人群诱变剂的存在,但他们必须发生早期确保基因组的完整性。否则,诱变产生anti-mutator,人口的命运将会被密封的其他有害的突变(银行等。)。替代突变降低突变率,作者探索异国情调的突变,将修改总体价值。教育部的变化可以挽救人口减少,或者在某些情况下,增加其他有害突变的影响(银行等。)。存在这样的突变细胞的生命形式(例如,监护人或转录监管机构)的突变,所以为什么不为病毒?一种可能性可以合并感染排除的干扰控制的病毒(20.),允许有缺陷的基因互补高多样性的细胞感染。虽然这将限制选择的作用,促进积累更多的有害突变(21),它可以确保短期高诱变条件下生存。

3保持广泛的视角

当谈到预测病毒进化,我们只是做表面文章。虽然这个研究课题的研究说明的一些可能性,他们也强调的很多问题和突出的挑战。几乎所有的关于这个主题的研究是在人类疾病。同时提高人类健康仍将是研究的一个重要驱动病毒进化的可预测性,重要的是要认识到,许多领域相关的潜在问题。病毒的进化的家畜、农作物和微生物会影响工业和农业的功能流程和自然生态系统。另一方面,这些系统通常会非常适合实验,说明这里的工作与噬菌体(Laguna-Castro和拉萨罗)。从我们的角度来看,考虑多种病毒系统在病毒进化社区将丰富我们对病毒的了解可预测性。必须维护这广阔的前景,一直是这个社区的特点,最大化的机会测试,改进,利用我们预测病毒进化的能力。

作者的贡献

所有作者概念化的研究主题和编辑。MZ起草了这篇社论。霁,正义与发展党修订。所有作者的文章和批准提交的版本。

资金

霁支持西班牙Estatal de Investigacion通讯社(批准号pid2019 - 106618 - ga - i00),·拉蒙-卡哈尔西班牙科技部项目(批准号ryc - 2017 - 22524),维罗奥乔亚的卓越研发中心项目Estatal de Investigacion西班牙通讯社的记者(批准号cex2020 - 000999 sCBGP)(2022 - 2025),和Comunidad马德里(通过调用年轻研究人员的研究资助大学为马德里,批准号M190020074JIIS)。支持正义与发展党研究生实验植物科学(项目V-GENE)。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

作者宣称他们是前沿的编委会成员,提交的时候。雷竞技rebat这没有影响同行评审过程和最后的决定。

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