在感染的最初幾周內(nèi),，艾滋病毒的基因突變在破壞有效的早期免疫反應(yīng)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用,。這一發(fā)現(xiàn)表明針對不太可能發(fā)生變異的局部病毒的疫苗是非常重要的。在馬薩諸塞州總醫(yī)院Ragon研究所,、麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)Broad研究院研究人員的帶領(lǐng)下,，研究人員同樣采用了已經(jīng)徹底顛覆了人類基因組測序的下一代（next-generation）技術(shù)以研究艾滋病毒如何在感染后的頭幾個星期內(nèi)就發(fā)生變異的,。相關(guān)研究論文發(fā)表在PLoS Pathogens期刊上。
HIV-1基因多樣性
Ragon和Broad研究人員運用一種稱為焦磷酸測序的方法,，同時對病患感染過程中數(shù)以百計的病毒變種進行測序,。這些數(shù)據(jù)方便研究人員更深和更敏感的認識艾滋病毒感染病人循環(huán)系統(tǒng)中突變株的復(fù)雜性，以及隨著時間的推移每一種突變株是如何發(fā)展的,。這些基因數(shù)據(jù)結(jié)合詳細的免疫分析使得研究人員能綜合評價在艾滋病毒感染的關(guān)鍵急性期內(nèi)病毒與宿主之間的相互作用,。
該研究顯示大部分在感染后的頭幾個星期內(nèi)發(fā)生的早期、低頻突變代表了HIV經(jīng)歷了迅速適應(yīng)過程,，以逃避那些負責辨識和清除感染艾滋病毒細胞的CD8+“殺手”T細胞的免疫反應(yīng),。Ragon研究所教授、論文主要作者Todd Allen博士說：這些數(shù)據(jù)表明艾滋病毒能夠迅速逃避試圖遏制感染的免疫反應(yīng),。
更重要的是,，Allen指出他們的研究表明個別病人無法在發(fā)病早期持續(xù)性控制艾滋病毒，正是由于病毒能迅速逃逸一些重要的免疫反應(yīng),。靈敏地評估病毒早期進化中整個艾滋病毒的基因組表明限制艾滋病毒的抗早期免疫反應(yīng)的能力可能是疫苗成功與否的關(guān)鍵,。他說：因此，控制高度可變的病原體如艾滋病毒的關(guān)鍵可能在于疫苗能否調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)以作用于那些無法成功變異的病毒中關(guān)鍵,、高度保守的區(qū)域,。
這項研究的一個重要組成部分是開發(fā)出了一種新型生物信息學(xué)工具來處理巨大和高度多樣化的序列數(shù)據(jù)集，能讀取分析艾滋病毒完整基因組中成千上萬的序列分析和基因突變,。下一代測序方法幫助改造哺乳動物的基因組測序,，哺乳動物的基因多樣性程度高，以往強大的測序方法已不再適合檢測高度可變的病原體如艾滋病毒基因,。在這項研究中,，研究人員能夠運用這一技術(shù)方法從幾十個感染者中成功測定艾滋病毒的整個基因組序列。
Broad研究所病毒基因組學(xué)部門主任,、研究的領(lǐng)導(dǎo)者Matthew Henn博士說：“這項研究中的一部分基因組學(xué)和計算開發(fā)工具使研究人員了解艾滋病毒的完整基因組,，以前所未有的分辨率確定病毒的遺傳變異，使我們能夠在患者體內(nèi)獲得有關(guān)病毒在感染過程中是如何改變的詳細信息”,。
努力開發(fā)有效防治艾滋病毒的疫苗已經(jīng)被挫敗,，在很大程度上是因為病毒的迅速變異并有避免宿主的免疫反應(yīng)的能力。然而哈佛醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)副教授Allen筆記指出：艾滋病毒是不能隨意變異的,，某些突變會導(dǎo)致病毒的復(fù)制能力大大削弱,。
更準確地了解艾滋病毒在患者體內(nèi)演變、HIV的突變可能為設(shè)計出能遏制和可能完全治愈感染患者更有效的疫苗提供新思路,。Ragon研究所正在利用這些研究結(jié)果,，探尋和測試通過限制變異與逃避免疫能力來發(fā)揮抗HIV作用的新型疫苗。
這項研究是由國立衛(wèi)生研究院國家過敏和傳染病部門,、比爾和梅林達·蓋茨基金會,、衛(wèi)生和人類服務(wù)部研究所資助,。(生物谷 Bioon.com)
doi:10.1371/journal.ppat.1002529
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PMID:
Whole Genome Deep Sequencing of HIV-1 Reveals the Impact of Early Minor Variants Upon Immune Recognition During Acute Infection.
Matthew R. Henn, Christian L. Boutwell, Patrick Charlebois, Niall J. Lennon, Karen A. Power, Alexander R. Macalalad, Aaron M. Berlin, Christine M. Malboeuf, et al.
Deep sequencing technologies have the potential to transform the study of highly variable viral pathogens by providing a rapid and cost-effective approach to sensitively characterize rapidly evolving viral quasispecies. Here, we report on a high-throughput whole HIV-1 genome deep sequencing platform that combines 454 pyrosequencing with novel assembly and variant detection algorithms. In one subject we combined these genetic data with detailed immunological analyses to comprehensively evaluate viral evolution and immune escape during the acute phase of HIV-1 infection. The majority of early, low frequency mutations represented viral adaptation to host CD8+ T cell responses, evidence of strong immune selection pressure occurring during the early decline from peak viremia. CD8+ T cell responses capable of recognizing these low frequency escape variants coincided with the selection and evolution of more effective secondary HLA-anchor escape mutations. Frequent, and in some cases rapid, reversion of transmitted mutations was also observed across the viral genome. When located within restricted CD8 epitopes these low frequency reverting mutations were sufficient to prime de novo responses to these epitopes, again illustrating the capacity of the immune response to recognize and respond to low frequency variants. More importantly, rapid viral escape from the most immunodominant CD8+ T cell responses coincided with plateauing of the initial viral load decline in this subject, suggestive of a potential link between maintenance of effective, dominant CD8 responses and the degree of early viremia reduction. We conclude that the early control of HIV-1 replication by immunodominant CD8+ T cell responses may be substantially influenced by rapid, low frequency viral adaptations not detected by conventional sequencing approaches, which warrants further investigation. These data support the critical need for vaccine-induced CD8+ T cell responses to target more highly constrained regions of the virus in order to ensure the maintenance of immunodominant CD8 responses and the sustained decline of early viremia.
