Преобладание положительного эпистаза среди мутаций протеазы ВИЧ-1, ассоциированных с лекарственной устойчивостью

Мутации, обусловливающие лекарственную устойчивость, часто оказывают неблагоприятное воздействие на репродуктивную приспособленность вируса, создавая фитнес-затраты, которые могут быть преодолены только компенсаторными мутациями. Однако роль фитнес-затрат в эволюции лекарственной устойчивости нередко недооценивается в клинических исследованиях и экспериментах по селекции in vitro, поскольку такие наблюдения отражают лишь результат лекарственного отбора. В настоящем исследовании мы систематически профилируем ландшафт приспособленности участков протеазы ВИЧ-1, связанных с устойчивостью, с помощью глубокого мутационного сканирования. Мы создаём библиотеку мутантов, охватывающую комбинации мутаций в 11 участках протеазы ВИЧ-1, каждый из которых связан с устойчивостью к ингибиторам протеазы в клинических условиях. С помощью глубокого секвенирования мы количественно оцениваем приспособленность тысяч мутантов протеазы ВИЧ-1 после нескольких циклов репликации в Т-клетках человека. Хотя большинство мутаций, ассоциированных с устойчивостью, оказывает неблагоприятное влияние на репликацию вируса, мы обнаруживаем, что эпистаз между мутациями, связанными с устойчивостью, преимущественно положителен. Кроме того, полученные нами данные о приспособленности согласуются с генетическими взаимодействиями, непосредственно выведенными из данных о последовательностях ВИЧ у пациентов. Фитнес-долины, формируемые сильным положительным эпистазом, снижают вероятность реверсии мутаций лекарственной устойчивости. В целом наши результаты подтверждают представление о том, что сильные компенсаторные эффекты участвуют в возникновении клинически наблюдаемых мутаций устойчивости, и дают представление о фитнес-барьерах в эволюции и реверсии лекарственной устойчивости.