במחקר שפורסם לאחרונה ב ביולוגיה מולקולרית ואבולוציה, חוקרים חקרו אם לאוכלוסיות צפופות יותר של נגיף הכשל החיסוני תוך-מארח (HIV) יש שכיחות גבוהה יותר של זיהום משותף ושל רקומבינציה.
השיעור הגבוה של רקומבינציה של HIV הוא קריטי לגיוון תוך-מארח, התחמקות אימונולוגית, עמידות לריבוי תרופות ושימור שלמות גנומית. קצב הרקומבינציה הממוצע הוא 105/bp/דור ומעלה; עם זאת, מחקרים עדכניים מצביעים על כך שהוא עשוי לא לייצג את השונות המלאה בהקשרים שונים. מחקרים אחרונים מודעים להקשר על רצפי HIV-1 דיווחו על אזורים קרים וחמים להיפוך תבניות וריקומבינציה, המשפיעים על גיוון האוכלוסייה הוויראלית. החוקרים מציעים שדמוגרפיה תוך-מארח ויראלית משפיעה על שיעורי ההדבקה והרקומבינציה במארחים אנושיים.
לגבי המחקר
במחקר הנוכחי, החוקרים העריכו את הקשר בין צפיפות אוכלוסיית HIV לבין שיעורי רקומבינציה.
הצוות ביצע אנליזת רקומבינציה באמצעות דעיכה מסדרת זמן (RATS-LD) לרצף אורכי של נתוני רצף HIV בתפזורת תוך-מארח מאנשים עם עומסים ויראליים מגוונים לרקומבינציה של תגובת שרשרת פולימראז (PCR) כדי להעריך את הקשר בין ספירת HIV לרקומבינציה. הם השתמשו במידע בקריאה קצרה כדי לכמת שיעורי רקומבינציה תוך-מארח והשתמשו בהשפלה בקשר גנטי לאורך זמן בין זוגות פולימורפיזם חד-נוקלאוטידי (SNP) עם ערכי D′ מוגברים. הם השתמשו במדדים של ריקבון קישור (LDMs) כדי לבסס קשר אמפירי בין דעיכה בקישור לבין הזמן והמרחק בין צמד ה-SNPs המשויך לכל LDM.
הצוות העריך את RATS-LD באמצעות נתונים מדומים עם ניטרליות ופרמטרים שמתארים טוב יותר HIV תוך-מארח. הם שיכפלו שתי תת-אוכלוסיות HIV המקושרות על ידי הגירה בקצב m כדי לחקור אם ההבדל בגודל האוכלוסייה האפקטיבי ישנה את דפוסי ההצמדה בצורה משמעותית מספיק כדי להשפיע על הדיוק של RATS-LD.
RATS-LD יושם על נתוני HIV in vivo, כאשר החוקרים קבעו את העומס הנגיפי הממוצע עבור כל זוג נקודות זמן בתוך אדם והשוו אותו לעומס הנגיפי הממוצע בין נקודות הזמן. לאחר מכן, הם חילקו את הנתונים לשלוש קבוצות עם מספר שווה של LDMs על סמך שלישוני העומס הנגיפי. החוקרים השתמשו ב-SLiM כדי ליצור אוכלוסיות עם שיעורי רקומבינציה ידועים כדי להעריך את היכולת של ATS-LD לכמת את שיעורי הרקומבינציה. בנוסף, הם מריצים סימולציות באמצעות מקדמי בחירה כדי לשפר את הדיוק של שכפול התפתחות HIV תוך-מארח כדי לבדוק את הביצועים של RATS-LD בנוכחות בחירה.
להערכת שיעורי רקומבינציה in vivo, החוקרים השתמשו בנתוני רצף עמוק של HIV ממחקר שנערך לאחרונה. כדי למנוע זיהום-על, הם השתמשו בניתוח השארת-אחד החוצה כדי להסיר נתונים מאדם אחד בכל פעם ובניתוח סימולטני. הם גם בחנו גנומים ויראליים מחמישה עשר אנשים שהחלימו אוכלוסיות וירוסים לאחר שקיבלו עירוי יחיד של טיפול נוגדנים מנטרל רחב.
תוצאות
עבור דגימות עם העומס הנגיפי הנמוך ביותר (פחות מ-26,800 עותקים/מ"ל), שיעור הרקומבינציה היה 1.5 אירועים/בפ/דור, בהתאם להערכות קודמות. אוכלוסיות HIV עם עומס נגיפי בשליש התחתון של מערך הנתונים הראו שיעורי רקומבינציה תואמים להערכות קודמות (1.5/זוג בסיסים/דור), בעוד שאלו עם עומס ויראלי העולה על 82,000 עותקים/מ"ל הראו שיעור רקומבינציה חציוני גבוה פי שישה כמעט.
יתר על כן, חוקרים צפו בעומס נגיפי מוגבר עם ריקומבינציה יעילה בקרב אנשים בודדים. סימולציות בחירה הניבו עקומות דעיכת הצמדה רועשות יותר מאשר סימולציות ניטרליות; עם זאת, RATS-LD עשוי לייצג את שיעורי הריקומבינציה הבסיסיים. הערכת RATS-LD לא השפיעה על שיעורי הגירה גבוהים מ-104; עם זאת, שיעורי הגירה נמוכים מאוד הורידו מעט את ההערכות. נראה כי עומסים ויראליים גבוהים יותר קשורים לרקומבינציה מהירה יותר בין אנשים, אם כי גם עומסים ויראליים יכולים להשתנות באופן דרמטי בתוך אנשים לאורך זמן.
משתתף 1 הראה הבדל משמעותי בשיעורי הרקומבינציה על פני תקופות עם עומס נגיפי מעל ומתחת לחציון של 165,500 עותקים/מ"ל למרות שיש לו מגוון גנטי גבוה ומגוון רחב של מדידות עומס ויראלי. שיעור הרקומבינציה עולה באופן דרמטי ביותר בקבוצות עם העומס הנגיפי הגבוה ביותר. הממצאים הצביעו על כך שצפיפות ה-HIV בתוך המארח משתנה מאוד בין מארחים אנושיים כדי לגרום לשינויים ניכרים בשיעורי הרקומבינציה במסגרות in vivo. שינוי קצב רקומבינציה לא ידוע זה עשוי להשפיע על פרשנות נתוני HIV תוך-מארח ועל הדינמיקה האבולוציונית.
סיכום
בסך הכל, ממצאי המחקר הראו ששיעורי הרקומבינציה בתוך אוכלוסיות ויראליות יכולים להשתנות באופן דינמי, ואולי להשפיע על אוכלוסיות א-מיניות פקולטטיביות עם שיתוף גיאוגרפי משתנה. שיעורים אלה אינם קבועים, ונסיבות תוך-מארח משפיעות עליהם. השפעות המתווכות ברשת מגע עשויות להיות בקבוצות אחרות מלבד HIV.
שיעורים מוגברים של רקומבינציה באוכלוסיות HIV עשויות להסוות מידור גיאוגרפי, אך ספירת HIV נמוכה בקרב אנשים בטיפול אנטי-רטרו-ויראלי מדכא חלקית עשויה למזער מוטציות הקשורות לעמידות לתרופות. שיעורי רקומבינציה גבוהים יותר עשויים להיות נפוצים יותר במינים א-מיניים פקולטטיביים.
