سرنخ‌هایی جدید از همه‌گیری ۱۹۱۸: بافت انسانی حفظ شده از زمان جنگ جهانی اول چه می‌گوید؟

در ۲۷ ژوئن ۱۹۱۸، دو سرباز آلمانی – یکی ۱۸ و دیگری ۱۷ ساله – از یک سویه جدید آنفولانزا، که اوایل همان سال پیدا شده بود، مردند. شش‌های آن‌ها سر از کلکسیونی در موزه تاریخ پزشکی برلین سر در آوردند؛ جایی که برای بیش از ۱۰۰ سال درون فرمالین نگهداری شدند. حالا پژوهشگران توانسته‌اند بخش‌های زیادی از این ویروس را توالی‌یابی کنند و دیدی از اولین روزهای فاجعه‌آمیزترین پندمیک قرن بیستم به دست آورند. این ژنوم جزئی سرنخ‌های حیرت‌آوری دارد که نشان می‌دهند این سویه بدنام بین موج‌های اول و دوم پندمیک با انسان‌ها تطابق پیدا کرده.

همچنین این پژوهشگران توانستند کل ژنوم پاتوژن زنی جوان را، که در تاریخی نامشخص در سال ۱۹۱۸ در مونیخ مرده بود، توالی‌یابی کنند. به نوشته نویسندگان مقاله در وبسایت bioRxiv، این سومین ژنوم کامل این ویروس، و اولین ژنوم کامل خارج از آمریکای شمالی است.

هندریک پوینار (Hendrik Poinar)، سرپرست آزمایشگاه DNA باستانی در دانشگاه مک‌مستر، می‌گوید: «این یک کار خارق‌العاده است. این پژوهشگران احیای ویروس‌های RNA از مواد موجود در بایگانی‌ها را به کاری دست‌یافتنی تبدیل کرده‌اند. تا چندی پیش این کار، درست مثل بسیاری از پروژه‌های DNAهای باستانی، تنها یک رویا بود.»

توالی‌یابی ژنوم‌های ویروس‌ها به یک کار متداول تبدیل شده. در پندمیک کرونا، پژوهشگران پایگاه داده‌ای متشکل از بیش از یک میلیون ژنوم SARS-CoV-2، تهیه کرده‌اند، که این کار باعث شده به راحتی بتوانند ظهور و گسترش انواع جدید ویروس‌ها و از بین رفتن انواع قدیمی‌تر را زیر نظر بگیرند.

اما توالی‌های موجود از ویروس آنفولانزای H1N1، که پندمیک ۱۹۱۸-۱۹۱۹ را به وجود آورد، بسیار کم هستند. در اوایل دهه ۲۰۰۰، دانشمندان ایالات متحده در پروژه‌ای طاقت‌فرسا توانستد از نمونه‌های برداشته شده از بدن زنی که در خاک آلاسکا دفن و منجمد شده بود، یک ژنوم کامل تهیه کنند. آن‌ها در سال ۲۰۱۳ از بافت بدن یکی از قربانیان آنفولانزا در ایالات متحده، که بعد از کالبدشکافی در انستیتوی پاتولوژی نیروهای مسلح در فرمالین نگهداری شده بود، ژنوم دوم را ارائه دادند.

به گفته آنجلا راسموسن (Angela Rasmussen)، از سازمان پژوهش‌های واکسن و بیماری‌های واگیر دانشگاه ساسکاچوان، هر دوی این پژوهش‌ها به قدری زمان‌بر و پرهزینه بودند که افراد اندکی به تقلید از آن‌ها روی آوردند. به گفته مایکل وُربی (Michael Worobey)، بیولوژیست تکاملی در دانشگاه آریزونا و یکی از نویسندگان مقاله جدید، پیدا کردن نمونه از بافت‌های نگهداری شده، خود یک چالش به شمار می‌رود. وربی می‌گوید: «همه چیز در یافتن نمونه خلاصه می‌شود. گروه ما مکان‌های بسیاری را زیر و رو کرده و یافتن این نمونه‌ها کار سختی است.»

سباستین کالوینیاک-اسپنسر (Sébastien Calvignac-Spencer)، بیولوژیست تکاملی از انستیتوی رابرت کوخ، و همکارانش تا به حال ۱۳ نمونه بافت شش متعلق به سال‌های ۱۹۰۰ تا ۱۹۳۱ را در موزه پزشکی برلین و یک کلکسیون در وین بررسی کرده‌اند. آن‌ها قسمت‌هایی از RNA ویروس آنفولانزا را در سه تا از آن‌ها پیدا کرده‌اند که همگی متعلق به سال ۱۹۱۸ هستند. (مثل SARS-CoV-2، ژنوم ویروس آنفولانزا نیز از RNA، تشکیل شده، نه DNA.) با این که RNA به بخش‌های ریز خرد شده بود، اما همین کافی بود که آن‌ها بتوانند کل ژنوم ویروس آن زن، که ۱۷ ساله بوده، و تقریبا ۹۰٪ و ۶۰٪ ژنوم ویروسی که دو سرباز ذکر شده را کشته بود، بسازند.

به گفته کالوینیاک-اسپنسر، توالی‌یابی مواد ژنتیکی از بافتی که در فرمالین نگهداری شده، بسیار دشوارتر از نمونه‌های دیگر است؛ اما برخلاف چیزی که زمانی فکر می‌کردیم، غیر ممکن نیست.

ژنوم‌های جزئی ویروس دو سرباز از موج اول و ملایم پندمیک بودند، که بعد از آن، در پاییز ۱۹۱۸، موج شدیدتری کل دنیا را در نوردید. دانشمندان گمان می‌برند ویروس ریشه در پرندگان داشته و بین موج‌های اول و دوم با انسان تطابق بیشتری پیدا کرده است.

یکی از راه‌های ممکن برای این اتفاق این است که ژن هماگلوتینین، یک پروتئین مهم روی سطح ویروس، دچار یک جهش تغییر آمینواسید شده که یک گلایسین خاص را، که اغلب در ویروس‌های آنفولانزای پرندگان دیده می‌شود، با یک اسید آسپارتیک، که بیشتر ویژه ویروس‌های انسانی است، جایگزین کرده. با این حال، هر دوی توالی‌های آلمانی حاوی یک اسید آسپارتیک بودند، که احتمال این سناریو را پایین می‌آورد.

البته پژوهشگران یک سرنخ تکاملی در ژن متعلق به پروتئین هسته‌ای ویروس پیدا کردند؛ یک پروتئین ساختاری که با کمک آن می‌توان گونه‌هایی را که به ویروس قابلیت آلوده کردن آن‌ها را دارد، تعیین کرد. دو سویه قبلی آنفولانزای ۱۹۱۸، که هر دو متعلق به اواخر پندمیک بودند، دو جهش در این ژن دارند که باعث می‌شوند آنفولانزا از دفاع‌های ضد ویروس درون بدن انسان اجتناب کند؛ توالی مربوط به سربازهای آلمانی بیشتر شبیه به ویروس پرندگان بودند.

کالوینیاک-اسپنسر می‌گوید: «این می‌تواند نشانه‌ای باشد که ویروس در ماه‌های اول پندمیک در حال تکامل بوده تا بهتر از واکنش‌های سیستم ایمنی بدن دوری کند. پروتئین هسته‌ای مربوط به سویه آنفولانزای زن اهل مونیخ بیشتر به پرندگان شباهت داشت، اما با توجه به نامعلوم بودن تاریخ دقیق مرگ او، نمی‌توان از آن نتیجه‌ای درباره تکامل سویه گرفت.»

هرچند ژنوم کامل متعلق به آن زن سرنخ‌های دیگری در خود داشت. پژوهشگران از ژن‌های آن برای تولید سیستم پلمیراز ویروس استفاده کردند؛ دستگاهی شامل سه پروتئین که روی هم ژنوم پاتوژن را کپی می‌کنند. آن‌ها در آزمایش‌های کشت سلول کشف کردند که سیستم سویه مریخ تقریبا نصف سیستم پلیمراز سویه آلاسکا فعال بوده. (نیازی به نگرانی بابت امنیت این آزمایش نیست، چون تیم پژوهشی کل ویروس را بازسازی نکرد.)

پوینار می‌گوید تعمیم پژوهش‌های پتری دیش به بیماری‌های انسانی دشوار است. با این وجود، «این که می‌توانید آثار یک سویه منقرض شده را درون شیشه آزمایش کنید، کمک زیادی به فهم ما درباره تکامل دردناک بیماری‌های واگیردار و اقدامات احتمالی برای مقابله با دیگر پندمیک‌های آنفولانزا خواهد داشت.»

این پژوهش همچنین نشان می‌دهد که آرشیوهای پاتولوژی «صندوق‌های گنجی» هستند که همچنان اطلاعات بیشتری درباره پندمیک ۱۹۱۸ در خود دارند. راسموسن می‌گوید: «اگر در ۱۸ ماه گذشته چیزی به ما ثابت شده باشد، این است که با یادآوری درس‌های پندمیک‌های گذشته می‌توانیم به خوبی به پیشگیری از پندمیک‌های آینده برویم.»