Evolusi Flu: Bagaimana Para Ilmuwan Menggunakan Sequencing Genom untuk Memprakirakan Masa Depan

Evolusi biasanya sangat lambat, suatu proses perubahan yang membutuhkan ribuan atau jutaan tahun untuk melihatnya.

Tetapi untuk influenza, evolusi cepat - dan mematikan. Virus flu berubah dengan cepat untuk melepaskan diri dari pertahanan tubuh. Setiap beberapa tahun, varian baru flu muncul dan menyebabkan epidemi di seluruh dunia.

Mengontrol penyebaran flu berarti berurusan dengan evolusi yang sedang berlangsung ini. Setiap tahun, para ahli dari Organisasi Kesehatan Dunia (WHO) harus membuat perkiraan terbaik mereka tentang bagaimana virus akan berubah untuk memilih jenis flu mana yang akan dimasukkan dalam vaksin tahunan.

Pekerjaan ini sulit dan tidak pasti, dan kesalahan memiliki konsekuensi nyata. Di seluruh dunia, flu ini menginfeksi beberapa juta orang setiap tahun dan menyebabkan ratusan ribu kematian. Pada tahun-tahun ketika prediksi meleset dan suntikan flu sangat berbeda dari strain yang bersirkulasi, lebih banyak orang yang rentan terhadap infeksi.

Dalam beberapa tahun terakhir, kemajuan dalam sekuensing genom mulai menjelaskan awal evolusi virus, jauh di dalam infeksi individu. Kami bertanya-tanya apakah, untuk flu, informasi ini mungkin memberi kita gambaran awal tren evolusi global di masa depan.

Apa yang bisa dikatakan infeksi flu satu orang kepada kita tentang bagaimana virus berubah di seluruh dunia? Ternyata, jumlah yang mengejutkan.

Melihat Jauh ke Dalam Infeksi

Setiap langkah dalam evolusi flu dimulai dengan kesalahan. Ketika virus menyalin diri mereka sendiri dalam diri orang yang terinfeksi, mereka terkadang bermutasi, menciptakan perubahan kecil pada cetak biru genetiknya.

Sebagian besar mutasi berbahaya bagi virus karena mereka merusak mesin yang perlu berfungsi. Tetapi seringkali, virus mutan bertahan hidup, dan bahkan tumbuh subur. Virus memainkan permainan kucing dan tikus dengan sistem kekebalan manusia. Kadang-kadang, virus mutan mungkin hanya cukup berbeda untuk lolos dari pemberitahuan tubuh.

Virus mutan dengan keunggulan seperti ini dapat berkembang biak dengan cepat dan mendominasi infeksi. Akhirnya, bahkan dapat menyebar dari orang ke orang, dan dari sana, mulai menyebar ke seluruh dunia.

Baru-baru ini, menjadi lebih mudah untuk melacak bagaimana virus berubah di dalam tubuh manusia. Kemajuan yang sama yang membuatnya murah dan mudah untuk mengurutkan genom manusia mengubah cara kita mempelajari virus. Untuk biaya pengurutan genom manusia tunggal, kita dapat mengurutkan ribuan virus dari seluruh infeksi untuk melacak mutasi baru saat mereka muncul.

Mutasi ini dapat menunjukkan kepada kita bagaimana virus bereaksi terhadap lingkungan yang menantang dalam tubuh manusia. Untuk HIV, di mana infeksi sering berlangsung bertahun-tahun atau bahkan puluhan tahun, evolusi bisa sangat besar, bahkan dalam satu orang. Secara khusus, virus sering mengembangkan resistensi obat sebagai tanggapan terhadap pengobatan antivirus.

Melacak Evolusi Flu dalam 4 Infeksi Panjang

Kami baru-baru ini melacak evolusi virus pada empat pasien kanker yang memiliki infeksi flu yang berlangsung beberapa bulan. Sebagian besar infeksi flu berlangsung sekitar satu minggu, yang membatasi jumlah perubahan yang dapat terjadi. Tetapi pada pasien dengan sistem kekebalan tubuh yang lemah, infeksi dapat bertahan lama, dengan efek yang parah.

Bagaimana flu berubah dalam infeksi yang lama ini? Dengan mengurutkan virus dari waktu yang berbeda selama infeksi dan membandingkan genomnya, kami dapat mengidentifikasi mutasi baru dan melacak nasib mereka.

Evolusi bertindak dalam hitungan minggu. Satu contoh yang jelas adalah penolakan terhadap Tamiflu. Para pasien yang kami pelajari menggunakan obat untuk mengendalikan infeksi mereka. Tetapi, seperti dalam penelitian sebelumnya, virus yang membawa mutasi resistansi obat akhirnya muncul. Mutasi ini sebagian mungkin menjelaskan mengapa infeksi berlangsung begitu lama.

Mutasi resistan terhadap obat bukan satu-satunya perubahan evolusioner yang kami lihat. Setengah lusin virus mutan, semuanya hanya sedikit berbeda satu sama lain, terkadang bersaing secara bersamaan dalam satu orang.

Virus-virus yang bersaing ini membuat evolusi menjadi masalah yang rumit. Mutasi yang mulai menyebar dalam satu minggu terkadang akan punah di minggu berikutnya. Agaknya, itu kalah bersaing dengan mutasi yang bahkan lebih baik.

Dalam beberapa kasus, kami menemukan mutasi yang sama persis pada virus dari pasien yang berbeda dalam penelitian kami, meskipun kami dapat mengatakan bahwa pasien tidak saling menulari. Kami sangat jarang berharap kesamaan seperti itu terjadi karena kebetulan. Virus-virus tersebut mungkin telah mencapai adaptasi yang serupa dalam menanggapi tantangan evolusi. Beberapa dari mutasi ini mungkin telah membantu virus menghindari sistem kekebalan tubuh, menggemakan penelitian lain.

Meramalkan Masa Depan

Terlebih lagi, banyak mutasi dalam pasien ini yang cocok dengan mutasi yang kemudian menyebar ke seluruh dunia. Dalam lonjakan lapisan luar flu, yang membantu virus memasuki sel inang, mutasi N225D muncul pada tiga dari empat pasien dalam penelitian kami. Pada 2015, sekitar 8 tahun setelah pasien kami terinfeksi, sebagian besar virus flu di seluruh dunia membawa perubahan yang sama persis.

Bagi kami, ini tidak terduga. Evolusi penuh dengan kompromi, dan beberapa mutasi yang membantu flu beradaptasi di dalam orang dapat memperlambat penularannya dari orang ke orang. Kami juga tidak tahu apakah evolusi dalam infeksi flu yang begitu lama akan cocok dengan pola perubahan di seluruh dunia.

Tetapi dalam penelitian kami, evolusi flu pada orang secara individu menunjukkan kesamaan yang mencolok dengan evolusi di seluruh dunia. Kita bisa melihat petunjuk dari beberapa tren evolusi global hanya dalam beberapa individu.

Ketika teknologi terus meningkat, semakin mudah untuk melihat jauh ke dalam infeksi flu, seperti yang kami lakukan. Laboratorium WHO mengurutkan strain flu dari ribuan orang setiap tahun untuk memantau evolusi flu. Para peneliti mengurutkan lebih banyak dan lebih banyak strain dengan cara yang memungkinkan kita menangkap mutasi ketika mereka pertama kali muncul di dalam individu orang.

Masing-masing dari ribuan infeksi ini seperti percobaan evolusi terpisah. Dengan membandingkan mutasi yang muncul pada infeksi yang berbeda, kita dapat mengetahui kemungkinan dan batasan evolusioner.

Di suatu tempat di ujung jalur, informasi semacam ini dapat membantu memperkirakan evolusi flu. Untuk saat ini, setidaknya, ia mengungkap beberapa proses evolusi dinamis yang terjadi dalam diri kita masing-masing.

Artikel ini awalnya diterbitkan di The Conversation oleh Katherine Xue dan Jesse Bloom. Baca artikel asli di sini.