Jak leki przeciwwirusowe wpływają na zmienność genetyczną wirusa opryszczki?

Naukowcy odkryli, że leki przeciwwirusowe stosowane w umiarkowanych stężeniach nie tylko hamują replikację wirusa opryszczki (HSV), ale jednocześnie zwiększają częstość rekombinacji jego genomu o 13-35%. Badanie wykazało, że inhibitory replikacji wirusowej – takie jak acyklowir czy pritelivir – przy stężeniach powodujących 85-99% redukcję zakaźnych cząstek wirusa, paradoksalnie promują wymianę fragmentów materiału genetycznego między różnymi wirusami. To odkrycie ma istotne znaczenie dla zrozumienia ewolucji wirusa podczas terapii.

Wirus opryszczki pospolitej (HSV-1 i HSV-2) infekuje odpowiednio około 60% i 30% populacji ludzkiej. Większość zakażeń przebiega bezobjawowo, jednak u wielu osób wywołuje charakterystyczne zmiany skórne w okolicach twarzy lub narządów płciowych. Rekombinacja genetyczna – proces wymiany fragmentów DNA między wirusami – jest głównym mechanizmem powstawania różnorodności genetycznej herpeswirusów i może prowadzić do powstania bardziej zjadliwych lub opornych szczepów.

Zespół badawczy opracował innowacyjny system wykrywania rekombinacji oparty na fluorescencyjnych białkach i sztucznej inteligencji. Dzięki analizie ponad 450 tysięcy wirusowych kolonii udało się precyzyjnie zmierzyć częstość rekombinacji w różnych warunkach. Model głębokiego uczenia, nazwany Plaquer, automatycznie rozpoznawał i klasyfikował kolonie według ich barwy, co pozwoliło na wykrycie nawet subtelnych różnic w częstości rekombinacji.

Dlaczego częściowe zahamowanie replikacji zwiększa rekombinację wirusa?

Badacze przetestowali cztery główne leki przeciwwirusowe: dwa inhibitory polimerazy wirusowej (acyklowir i kwas fosfonoctowy) oraz dwa inhibitory helikazy-primazy (pritelivir i amenamevir). Wszystkie te substancje w stężeniach powodujących częściowe zahamowanie replikacji zwiększyły częstość rekombinacji homologicznej o 13-31%. Najsilniejszy efekt zaobserwowano dla acyklowiru – wzrost o 24-29% przy redukcji miana wirusa o 85-99%.

Kluczowe odkrycie dotyczy mechanizmu tego zjawiska. Analiza wykazała, że przy zastosowanych stężeniach leków liczba kopii DNA wirusowego zmniejszyła się tylko o 35-55%, podczas gdy liczba zakaźnych cząstek spadła o 95-99%. Oznacza to, że replikacja genomu wirusa praktycznie nie została zahamowana, ale powstające cząstki wirusowe były w większości defektywne. Wskaźnik genomów do zakaźnych cząstek wzrósł z około 45 w próbkach nieleczonych do 1200 przy pritelivirze i 3200 przy acyklovirze.

Naukowcy zaobserwowali ten sam efekt przy użyciu hydroksymocznika – substancji zmniejszającej pulę nukleotydów potrzebnych do replikacji DNA. Zwiększył on częstość rekombinacji o 12-15% przy redukcji miana wirusa o 72-98%. Potwierdza to, że sam stres replikacyjny, niezależnie od mechanizmu jego wywołania, prowadzi do wzrostu rekombinacji. Zjawisko to zaobserwowano zarówno w fibroblastach, jak i komórkach nabłonkowych, co wskazuje na uniwersalny charakter tego mechanizmu.

Czy leki zwiększają także rekombinację między różnymi typami wirusa opryszczki?

Badanie wykazało, że rekombinacja między HSV-1 i HSV-2 również wzrasta w obecności leków przeciwwirusowych. Przy współzakażeniu tymi dwoma wirusami częstość rekombinacji międzygatunkowej zwiększyła się z 3,2% w warunkach kontrolnych do 3,6% (wzrost o 14,5%) przy acyklovirze i 4,3% (wzrost o 37,2%) przy pritelivirze. To szczególnie istotne odkrycie, ponieważ rekombinacja między HSV-1 i HSV-2 była już wykrywana w próbkach klinicznych.

Szczegółowa analiza genetyczna oczyszczonych rekombinantów ujawniła trzy typy nieprawidłowości genomowych: krzyżowanie rekombinacyjne, delecje oraz duplikacje genów. W próbkach nieleczonych wykryto do trzech nieprawidłowości na genom wirusa, podczas gdy po zastosowaniu leków liczba ta wzrosła do sześciu. Średnia liczba nieprawidłowości wynosiła 1,68 w próbkach kontrolnych, wzrastając do 2,7 przy acyklovirze i 2,31 przy pritelivirze.

Te wyniki sugerują, że przearanżowania genetyczne zachodzące podczas infekcji są znacznie bardziej złożone niż można by sądzić na podstawie analizy tylko tworzących kolonie genomów wirusowych. Zwiększona częstość rekombinacji i nieprawidłowości genomowych koreluje z podwyższonym wskaźnikiem genomów do zakaźnych cząstek, co wskazuje na powstawanie większej liczby defektywnych, niezakaźnych wirusów.

Jakie znaczenie mają te odkrycia dla pacjentów leczonych z powodu opryszczki?

Stężenia leków stosowane w badaniu – 2 µM acyklowiru (~0,45 mg/l) i 25 nM priteliviru (~10 µg/l) – mieszczą się w dolnym zakresie terapeutycznych stężeń w surowicy osiąganych u ludzi. Co więcej, skuteczne stężenia w zakażonych tkankach są prawdopodobnie jeszcze niższe. Acyklowir jest w wielu krajach dostępny bez recepty w postaci preparatów miejscowych, co oznacza, że jego stosowanie nie zawsze przebiega zgodnie z zaleceniami.

Zwiększona różnorodność genetyczna wirusa wynikająca z rekombinacji może mieć dwojaki wpływ. Z jednej strony większa liczba defektywnych cząstek wirusowych może teoretycznie zmniejszać efektywność infekcji. Z drugiej strony zwiększona rekombinacja może przyczyniać się do powstawania nowych wariantów wirusa, potencjalnie bardziej zjadliwych lub opornych na leki. W ostatnich latach obserwuje się rosnącą liczbę rekombinantów HSV-1 i HSV-2 w próbkach klinicznych.

Co to odkrycie oznacza dla przyszłości terapii przeciwwirusowej?

Badanie wykazało, że inhibitory polimerazy i helikazy-primazzy wirusowej, stosowane w stężeniach powodujących redukcję miana wirusa o maksymalnie dwa rzędy wielkości, mają ograniczony wpływ na tempo replikacji DNA. Jednak przy tych stężeniach znacznie mniejsza część potomstwa wirusowego jest zakaźna, a w obrębie tej zakaźnej populacji większy odsetek powstaje w wyniku co najmniej jednego zdarzenia rekombinacyjnego. Podkreśla to potencjał tych inhibitorów do promowania zwiększonej różnorodności w populacjach wirusowych.

Naukowcy podkreślają, że prawdopodobieństwo powstania opornych genomów wirusowych podczas krótkotrwałej ekspozycji na lek jest niezwykle niskie. Jednak długotrwałe stosowanie leków w stężeniach nieoptymalizujących, zwłaszcza w terapii miejscowej, może teoretycznie sprzyjać selekcji wariantów o zmienionej wrażliwości na leki. To zagadnienie wymaga dalszych badań klinicznych.

Badanie to nie powinno być interpretowane jako podważanie bezpieczeństwa czy wartości terapii przeciwwirusowych. Wskazuje natomiast na potencjalne konsekwencje stosowania obniżonych stężeń leków, które wymagają dalszych badań, szczególnie w kontekście ewolucji wirusa i ryzyka rozwoju oporności. Konieczne są dalsze badania oceniające długoterminowe efekty terapii przeciwwirusowej na różnorodność genetyczną HSV.

Pytania i odpowiedzi