Пташиний грип H5N1 мутує швидше, ніж очікувалося — вакцини можуть бути неефективними

Використовуючи передове комп'ютерне моделювання, дослідницька команда Університету Північної Кароліни в Шарлотті дослідила взаємодію вірусу пташиного грипу H5N1 з імунною системою. Їхні висновки демонструють, що вірус еволюціонує таким чином, який допомагає йому уникати імунного захисту у ссавців, незалежно від того, чи цей захист сформовано внаслідок попереднього інфікування, чи вакцинації.

Дослідження, опубліковане 17 березня в журналі eBioMedicine (видання сімейства The Lancet), підкреслює негайні занепокоєння. Оскільки пташиний грип продовжує поширюватися глобально, він становить не лише серйозний ризик для сільського господарства, але й зростаючу загрозу для здоров'я людей.

Дослідники виявили чітку тенденцію: антитіла стають менш ефективними проти новіших штамів H5N1. Це «погіршення афінності антитіл» свідчить про те, що майбутні версії вірусу можуть бути ще складнішими для розпізнавання та боротьби імунною системою, підвищуючи ризик передачі вірусу до людей та між ними.

Головним автором дослідження є Колбі Т. Форд, доктор філософії, запрошений науковець з дата-сайєнсу в центрі CIPHER UNC Charlotte та засновник Tuple, LLC, біотехнологічної консалтингової фірми, розташованої в Шарлотті.

Критично важливим є те, що, як пояснює Форд, ця швидка адаптація означає, що «якщо створити вакцину H5N1 з попереднім кандидатом вірусу вакцини, вакцина матиме меншу ефективність, виходячи з наших вимірювань того, наскільки вірус еволюціонував за останні роки». Таким чином, дослідницький підхід команди забезпечує керівництво для підтримки темпу з вірусною загрозою, що швидко адаптується.

Команда з кафедри біоінформатики та геноміки UNC Charlotte включає студентів Шіріша Ясу, Халеда Обейда та Саяла Гіралес-Медрано, під керівництвом доцента біоінформатики Річарда Аллена Вайта III, доктора філософії, та співдиректора CIPHER Даніеля Джаніса, доктора філософії, який є заслуженим професором біоінформатики та геноміки Керол Гротнс Белк. Команда UNC Charlotte співпрацювала з дослідниками з Массачусетського технологічного інституту: Рафаелем Хаймесом III, доктором філософії, та Філліпом Дж. Томезко, доктором філософії.

Шляхом всебічного дослідження зміни господарів вірусу та нещодавніх мутацій, дослідники виявили, що «безперервна передача H5N1 від птахів до ссавців та збільшення штамів з імуноухильним гемаглютиніном у ссавців, що спостерігаються з часом, свідчать про те, що антигенний дрейф є джерелом зоонозного ризику».

У статті «Масштабне комп'ютерне моделювання варіантів грипу H5 проти HA1-нейтралізуючих антитіл» дослідницька команда UNC Charlotte ділиться результатами аналізу 1 804 порівнянь вірусних білків та антитіл господаря. Експерименти складалися з поточних вірусних білків домену 1 гемаглютиніну, комп'ютерно зв'язаних у фізичних моделях з нейтралізуючими антитілами, отриманими від інфікованих господарів та реципієнтів вакцин з 1996 по 2018 рік.

Використовуючи високопродуктивне комп'ютерне моделювання, дослідники CIPHER задокументували «тенденцію до ослаблення спорідненості зв'язування різноманітних існуючих антитіл, зібраних від вакцинованих та/або інфікованих господарів, проти ізолятів вірусу H5 з часом».

Через важливість для громадського здоров'я, результати були доступні через препринт у липні 2024 року до успішної рецензії. Завдяки обчислювальним інструментам, які вони зібрали під час пандемії SARS-CoV-2, команда змогла завершити цю роботу з H5N1 лише через три місяці після першого повідомлення про передачу H5N1 від корови до людини, про що повідомлялося у фермера в Техасі.

Оцінюючи можливий пандемічний ризик, спричинений поширенням та мутацією пташиного грипу H5, глобальні дослідники погоджуються, що «пташиний вірус (залишається) високо в списках потенційних пандемічних агентів», як повідомлялося в Science у грудні 2024 року.

Станом на момент написання, жодної передачі від людини до людини не зареєстровано. Однак, велика рогата худоба принаймні в 17 штатах отримала позитивні результати тесту на H5N1, на додаток до мільйонів випадків серед диких птахів, дрібних ссавців, комерційних курей та інших стад. Між січнем 2022 року та березнем 2025 року Центри з контролю та профілактики захворювань повідомили:

• 12 510 спалахів серед диких птахів у США.
• 51 юрисдикцію з пташиним грипом серед диких птахів.
• 166 417 923 уражених птахів.
• 70 випадків H5N1 у людей, один смертельний, у США.

Вірус H5N1, згідно з Всесвітньою організацією охорони здоров'я, з січня 2003 року вбив 466 людей у всьому світі.

Вакцини, як кажуть багато експертів, ймовірно будуть вирішальним інструментом у контролі пандемії пташиного грипу, оскільки мутації вірусних ліній адаптуються до нових господарів-ссавців.

У eBioMedicine дослідницька команда з Шарлотти пише, що їхні висновки «вказують на те, що вірус має потенціал перейти від епідемічного до пандемічного статусу в найближчому майбутньому».

Дослідження — разом з іншими дослідженнями, які підтверджують погіршення зв'язування антитіл з часом разом із збільшенням передачі від птахів до ссавців — вказує на те, що «існує безпосередня небезпека для здоров'я людини для високопатогенних штамів грипу H5, які можуть інфікувати пташину та ссавцеву худобу і перестрибнути на людей».

Пташиний грип уже можна вважати пандемією серед диких та одомашнених тварин через повсюдне поширення вірусу по географії та видам. Так само, поширення H5N1 від диких птахів до курей, молочної худоби та працівників ферм ілюструє опортунізм інфекцій між видами.

Зараз результати комп'ютерного моделювання UNC Charlotte «конкретно стверджують, що погіршуюча тенденція ефективності антитіл разом із вже присутньою пандемією тварин є причиною для занепокоєння щодо можливої пандемії людей».

Крім того, автори пишуть, що високопродуктивні обчислення — які в цьому випадку включали згортання білків на основі штучного інтелекту та фізичні симуляції взаємодій вірусних білків та антитіл — забезпечують швидкі та надійні результати для інформування лідерів у підготовці.

Джаніс у нещодавньому інтерв'ю пояснив користь комп'ютерного моделювання як засобу розуміння вірусної мутації, а також прогностичного мислення щодо того, як вірус еволюціонує.

Високопродуктивне комп'ютерне моделювання, сказав Джаніс, є шляхом «поступового вирішення багатьох аспектів біологічної варіації зі швидкістю та масштабом» для «налаштування нашої інтуїції на правильні підходи» для ефективності вакцин та контролю інфекцій під час еволюції вірусів.