המצוד אחר נגיף השפעת הרצחני: פניו של רוצח
צוות החוקרים ממשיך בחיפושיו אחר נגיף השפעת שקטל רבים, בניסיון להבין את מנגנוני הפעולה של הרוצח האלים והקשה להבסה, ובהנחת היסודות למחקר עתידי על נגיפי השפעת. כתבה שלישית ואחרונה
כשכבר היה בידינו הרנ"א מ-1918, השתמשנו בגנים של הנגיף עצמו כבמתכונים לייצור רכיביו ולמעשה שחזרנו פיסות של הנגיף הרצחני עצמו. בראש ובראשונה השתוקקנו לבדוק את חלבון ההמאגלוטינין, כדי לברר את מקור עוצמת אלימותו של זן 1918.
יכולנו לראות, לדוגמה, שחלק ה-HA שנקשר לתא פונדקאי זהה כמעט לאתר הקשירה של HA בנגיף של שפעת עופות. בשניים מהווירוסים שבודדו ממגפת 1918, נבדל אתר הקשירה לקולטן מזה של נגיף העופות בחומצה אמינית אחת בלבד. בשלושת הבידודים האחרים, נמצא שינוי גם בחומצה אמינית שנייה. יכול להיות שהמוטציות האלה, הקלות לכאורה, מייצגות את השינוי המינימלי הנדרש לקשירת HA של נגיף עופות לקולטן של נגיף יונקים.
אך גם אם רכישת זיקת קישור חדשה חיונית ליכולתו של נגיף להדביק פונדקאי מסוג חדש, אין היא מסבירה בהכרח מדוע היה זן 1918 קטלני כל כך. פנינו אפוא לבחון את רצפי הגנים עצמם. חיפשנו תכונות שנוכל לקשר ישירות לאלימות הנגיף, וביניהן שתי מוטציות ידועות בנגיפי שפעת אחרים. באחת מעורב הגן ל-HA: הפעלתו של חלבון HA בתא מותנית בביקועו תחילה לשני חלקים. זאת עושה אנזים מבקע חלבונים - פרוטאז ספציפי למעי הנמצא בתאי הפונדקאי.
מוטציה קטלנית
נגיפים מסוימים מתת-סוגים H5 ו-H7 רוכשים מוטציה גנית שמוסיפה חומצה אמינית בסיסית אחת או יותר לאתר הביקוע, וכך מתאפשרת הפעלה של ה-HA על ידי פרוטאזות בגוף כולו. בתרנגולות ובעופות אחרים הנדבקים בנגיף כזה, המחלה מופיעה באיברים רבים, ואפילו במערכת העצבים המרכזית, ושיעור התמותה גבוה מאוד. מוטציה כזו נצפתה בנגיפי ה-H5N1 המצויים כעת באסיה. לא מצאנו אותה בנגיף 1918.
המוטציה הנוספת שידענו כי היא מעורבת בהגברת אלימות הנגיף נמצאה בגן ה-NA של שני זנים של שפעת עכברים. שוב, נראה שמוטציות בחומצה אמינית אחת מאפשרות לנגיף להתרבות ברקמות גוף רבות, והזנים האלה הם קטלניים, בדרך כלל, בעכברי מעבדה. אך גם את המוטציה הזאת לא מצאנו ב-NA של נגיף 1918.
מכיוון שאנליזה של הגנים של נגיף 1918 לא חשפה תכונות שיכולות להסביר את אלימותו הקיצונית, שיתפנו פעולה עם כמה מוסדות מחקר בניסיון לשחזר חלקים מנגיף 1918 עצמו כדי שנוכל לצפות בהשפעתו על רקמות חיות.
בטכניקה חדשה הקרויה "גנטיקה הפוכה מבוססת על פלסמידים", אנו יכולים להעתיק גנים של נגיף 1918, לחבר אותם לגנים של זן קיים, וליצור נגיף כלאיים. כך, אפשר לקחת זן שפעת של עכברים, לדוגמה, ולהוסיף לו צירופים שונים של גנים מנגיף 1918. על ידי הדבקה של עכבר חי או של תרבית רקמת אדם בנגיפים המהונדסים, אפשר לראות אילו רכיבים של הזן האלים משפיעים על אלימותו.
לדוגמה, יכולתו הייחודית של נגיף 1918 לחולל נזק נרחב במהירות רבה לרקמות מערכת הנשימה העליונה והתחתונה מראה על התרבות במספרים גדולים והתפשטות מהירה מתא לתא. ידוע כי החלבון הנגיפי NS1 מונע ייצור של אינטרפרון (IFN) מסוג I, המשמש כמערכת "התראה מוקדמת" שבאמצעותה התאים פותחים בתגובה חיסונית להידבקות בנגיף. כשבדקנו נגיפים משולבים על תרבית רקמה מריאת אדם, מצאנו שנגיף שקיבל את הגן NS1 מ-1918 היה בעל יכולת מוגברת לחסום את מערכת ה-IFN מסוג I של הפונדקאי.
נגיפים משולבים
עד היום, ייצרנו נגיפי שפעת משולבים המכילים בין אחד לחמישה גנים מ-1918. היה מעניין לגלות, שכל הנגיפים המשולבים שהכילו צירוף של HA וגם של NA מ-1918 היו קטלניים לעכברים וגרמו לפגיעה קשה בריאות הדומה לזו שנצפתה בחלק מקורבנות המחלה. כשבדקנו את רקמות הריאות הפגועות, מצאנו הפעלת גנים אופיינית לזו המעורבת בתגובות דלקתיות רגילות. אך מצאנו גם הפעלה גבוהה מן הרגיל של גנים הקשורים לחיילי ההתקפה של מערכת החיסון, תאי T ומקרופאג'ים, וכן של גנים הקשורים לחבלות ברקמה, לנזק חמצוני ולאפופטוזיס (התאבדות תאים).
יושירו קוואוקה, מאוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון, דיווח לאחרונה על ניסויים דומים עם גנים של נגיף 1918 שערך בעכברים. הוא קיבל תוצאות דומות, אך כשבדק את הגנים ל-HA ול-NA בנפרד, הוא מצא שרק ה-HA של 1918 חולל את התגובה החיסונית החזקה. הדבר מרמז שאולי החלבון הזה, מסיבות שעדיין אינן ברורות, הוא שמילא את התפקיד המרכזי באלימות של זן 1918.
ניסויים אלה פותחים לנו צוהר אל העבר ועוזרים למדענים להבין את התכונות המיוחדות של נגיף 1918. טכניקות אלה ישמשו גם לחקור אילו סוגי שינויים בזן שפעת העופות העכשווי, H5N1, עשויים להקנות לזן קטלני זה פוטנציאל להתפשטות מהירה בקרב בני אדם. שאלה דחופה לא פחות היא איך נוצרים זנים אלימים אלה מלכתחילה, ולכן קבוצתנו גם מחפשת בגנים של נגיף 1918 רמזים למקורו האפשרי.
מחפשים את המקור
הגישה הטובה ביותר לניתוח היחסים בין נגיפי שפעת היא הפילוגנטיקה, הבונה אילנות יוחסין על סמך רצפי גנים וידיעת קצב המוטציות הטיפוסי בגנים. מכיוון שהגנום של נגיף שפעת מורכב משמונה מקטעי רנ"א נפרדים היכולים לעבור ממקום למקום באופן בלתי תלוי על ידי סידור מחדש, יש לבצע את המחקרים האבולוציוניים האלה בנפרד לכל מקטע גני.
השלמנו אנליזות של חמישה מתוך שמונת מקטעי הרנ"א, וכל ההשוואות שערכנו עד כה בין הגנים של נגיף 1918 לאלה של נגיפי שפעת רבים של חזירים, עופות ובני אדם מציבות את נגיף 1918 במשפחות נגיפי האדם והחזיר ומחוץ לקבוצת שפעת העופות. אך לגנים של נגיף 1918 יש בכל זאת תכונות מסוימות של נגיף שפעת עופות, כך שאפשר שהנגיף יצא במקור ממאגר עופות בזמן כלשהו לפני 1918. אך אין ספק, שעד 1918 הוא רכש די התאמות ליונקים כדי לפעול כנגיף אדם רחב-תפוצה. השאלה היא, איפה?
כשבדקנו את הרצף של גן ההמאגלוטינין מנגיף 1918, מצאנו שהוא שונה מן הרצפים של נגיפי העופות הרבה יותר מן הרצפים של התת-סוגים H2 מ-1957 ו-H3 מ-1968. הסקנו מכך, שגן ה-HA מ-1918 שהה פרק זמן מסוים בפונדקאי-ביניים שבו צבר שינויים רבים יחסית לרצף נגיף העופות המקורי, או שהגן בא באופן ישיר מנגיף עופות, אך מכזה השונה במידה רבה מרצפי H1 ידועים של נגיפי עופות.
נבירה מוזיאונית
כדי לחקור את האפשרות האחרונה, שגנים H1 של נגיף עופות השתנו במידה רבה בשמונים השנה מאז מגפת 1918, שיתפנו פעולה עם מדענים מן המוזיאון לטבע של המכון הסמיתסוני ומאוניברסיטת אוהיו סטייט. לאחר שבדקנו הרבה עופות משומרים מאותה תקופה, בודדנו זן של נגיף שפעת עופות מתת-סוג H1 מאווז בראנט שנאסף ב-1917 ונשמר באלכוהול באוסף העופות של הסמיתסוניאן.
התברר, שרצף ה-H1 מ-1917 היה קרוב מאוד לזני H1 של נגיפי עופות המצויים באמריקה הצפונית כיום, מה שאומר שרצפי H1 של נגיפי שפעות העופות לא השתנו הרבה ב-80 השנים האחרונות. אם יושקע מאמץ רב בזיהוי רצפים של זני H1 נוספים מעופות בר, אפשר שיתגלה זן דומה יותר ל-HA מ-1918. אך אם ה-HA לא עבר באופן ישיר מזן עופות סביר שהזן הזה לא יימצא.
במקרה כזה, צריך להימצא פונדקאי ביניים. חזירים הם אפשרות שעולה על הפרק לעתים קרובות, כי ידוע שהם רגישים גם לנגיפי אדם וגם לנגיפי עופות. ואכן, ב-1918 נצפו התפרצויות מקבילות של המחלה בקרב חזירים, אך אנו סבורים שכיוון ההדבקה היה מבני אדם לחזירים. מאז 1918, נצפו מקרים רבים של הידבקות חזירים בזני שפעת אדם מסוג A, אך זני שפעת חזירים בודדו מבני אדם רק במקרים ספורים. ובכל זאת, לא רצינו לשלול על הסף את האפשרות שנגיף 1918 התחיל בעופות ועבר התאמה הדרגתית ליונקים בחזירים, ולכן בחנו דוגמה עכשווית של אבולוציה של נגיפי עופות בחזירים - שושלת של H1N1 שהתבססה בחזירים באירופה ב-25 השנים האחרונות. מצאנו שאפילו 20 שנות אבולוציה בחזירים לא הניבו את מספר השינויים ביחס לרצפי נגיף העופות שמצאנו בזן 1918.
אנליזה דומה של ארבעה גנים אחרים של נגיף 1918 הוליכה לאותה המסקנה: הנגיף שהצית את מגפת 1918 היה עשוי להיות זן עופות שיצא ממאגר הגנים של זני עופות הבר ועבר במשך זמן כלשהו אבולוציה נפרדת, נגיף, שכמו נגיף ה-SARS, הגיח אל קרב בני האדם מפונדקאי שטרם נודע.
מחקר עתידי
האנליזות שערכנו על חמישה מקטעי רנ"א מנגיף 1918 האירו מעט על מקורו, ומהן עולה שהנגיף ההוא היה אביהן הקדמון המשותף של שושלות H1N1 הן באדם והן בחזיר. עד היום, לא הצלחנו להפיק מאנליזה של הגנים הנגיפיים מסקנות חד משמעיות בדבר האלימות המיוחדת של נגיף 1918. אך ניסויים בנגיפים מהונדסים המכילים גנים מ-1918 מראים שחלבונים מסוימים של נגיף 1918 יכולים לעודד התרבות מהירה ולעורר תגובה חיסונית חזקה והרסנית בפונדקאי.
בעתיד, אנו מקווים שנוכל למקם את נגיף 1918 בהשוואה לנגיפי השפעת שהופיעו מיד לפניו ואחריו. בזן שקדם לנגיף רחב-התפוצה, הזן הראשון, או זן האביב, לא נמצאה האלימות המיוחדת של נגיף הסתיו, ונראה שהתפשטותו לא הייתה מהירה כל כך. כעת, אנו מחפשים דגימות רנ"א של שפעת מקורבנות של גל האביב כדי לזהות הבדלים גנטיים בין שני הזנים, שאולי יסייעו להבהיר מדוע היה גל הסתיו חמור יותר.
בדומה, אם נמצא דגימות רנ"א משפעת אדם שמלפני 1918, נוכל לגלות אילו מקטעי גנים של נגיף 1918 היו חדשים לחלוטין לבני אדם. אם נמצא בנגיף 1918 תכונות משותפות עם זנים קודמים לו, שנגדם כבר היה למבוגרים חיסון מסוים, נוכל להסביר את התמותה החריגה בקרב הצעירים במגפת 1918. ואם נמצא דגימות של H1N1 משנות העשרים ואילך, יסייע לנו הדבר להבין את האבולוציה שעבר מאז נגיף 1918 לצורות אלימות פחות.
יש לזכור, שהמנגנונים שבאמצעותם נוצרים זני נגיפי שפעת רחבי-תפוצה עדיין אינם מובנים במלואם. מכיוון שהחלבונים של זני 1957 ו-1968 דומים לאלה של נגיפי עופות, נראה סביר ביותר שהם נוצרו ישירות בסידור מחדש של הגנים של זני נגיפים מעופות ומאדם. ואולם, הנסיבות הממשיות של אירועי הסידור מחדש אינן ידועות, ולכן אין יודעים כמה זמן נדרש לזנים החדשים להתפתח לזני אדם רחבי-תפוצה.
זן 1918 מעלה תהיות רבות עוד יותר, כי רצפי הגנים שלו אינם נראים כמו סידור מחדש ישיר מזן עופות ידוע, ואף לא כהתאמה לחזירים של נגיף עופות. אם יתברר שהמנגנון שבו רכש נגיף 1918 גנים חדשים שונה מזה שפעל בזנים רחבי-תפוצה מאוחרים יותר, יהיו לכך השלכות חשובות על בריאות הציבור. גם מקור חלופי היה עשוי לתרום לאלימותו המיוחדת של זן 1918.
קביעת הרצף של נגיפי שפעת עופות רבים נוספים ומחקר על פונדקאי ביניים שאינם חזירים, כמו, למשל, תרנגולות, עופות בר או סוסים, עשויים לספק עוד רמזים בדבר מקורו של נגיף 1918. כל זמן שלא ניטיב להבין את מקורם של זנים כאלה, עלולים מאמצי הגילוי והמניעה להחמיץ את תחילתה של ההתפרצות הבאה.
לפנייה לכתב/ת 
