Как пытается выжить COVID-19 и что с этим могут сделать ученые?

Три проблемных варианта.

Когда запасы кислорода в больницах бразильского города Манаус закончились, для экстренной эвакуации вызвали военно-воздушные силы, в то время как медицинские работники отчаянно пытались спасти жизни проводя искусственную вентиляцию легких. Тем, кого не удавалось спасти, оставался лишь морфин и прощальное сжатие руки.

Сколь бы катастрофической ни была ситуация для тех, кто пострадал от пандемии, разрушительная вспышка в Манаусе стала причиной еще более громких сигналов тревоги для правительств и организаций во всем мире, борющихся с пандемией. В Великобритании и Южной Африке число таких случаев продолжает увеличиваться, и, как и в Манаусе, они главным образом, похоже, обусловлены появлением новых вариантов коронавируса.

Три проблемных варианта

Вопрос названий этих «проблемных вариантов», как их называют ученые, несколько запутанный. Для простоты они упоминаются как бразильский, южноафриканский и британский. Все появились недавно и имеют несколько мутаций, знаменующих заметный сдвиг в эволюции вируса. Похожие варианты почти наверняка незаметно распространяются и сейчас. Скорее всего, будут развиваться и другие.

Несмотря на то, что эти три варианта независимо возникли на трех различных континентах, они имеют поразительное сходство. Каждый из них за короткое время прошел несколько мутаций, большое их число произошло в гене, дающем «инструкции» по созданию шипового белка вируса.

Шиповый белок — это место, где ведутся ключевые битвы между человеком и вирусом (включая вакцины). Он является ключом к тому, как вирус взаимодействует с человеческим телом — как в плане иммунной реакции, так и в связывании и проникновении в клетки дыхательных путей человека.

Несколько мутаций не только повлияли на этот белок, но идентичные мутации отдельно возникли как в «проблемных вариантах», так и в других вирусных линиях. По сути, вирус неоднократно сталкивался с одними и теми же эволюционными решениями конкретных проблем. Это явление известно как эволюционная конвергенция (например, это касается независимой эволюции крыльев у летучих мышей, птиц и насекомых).

Понять, как эти мутации могут повлиять на поведение коронавируса на молекулярном уровне, сложно. Работа по заполнению пробела между «генотипом» каждого варианта (мутациями) и его «фенотипом» (как быстро он распространяется) активизируется в Великобритании и в других странах, но потребует постоянных мультидисциплинарных усилий.

Созвездия мутаций

Задача усложняется тем, что в этих вариантах накопилось несколько мутаций (так называемых созвездий). Британский вариант, например, имеет 23 отдельные мутации, представляющие собой заметный эволюционный скачок без известных промежуточных вариантов (в эволюционной цепи есть «недостающие звенья»).

Хотя не все мутации считаются важными, эффект любой индивидуальной мутации может быть изменен присутствием других мутаций (эффект, называемый эпистазией). Это значительно усложняет задачу точного определения того, что делают эти мутации, и оценку риска появления новых вариантов только на основе данных о последовательностях.

Несмотря на эти сложности, сочетание вычислительного анализа и лабораторных экспериментов дало ценные доказательства воздействия этих мутаций. Например, одна мутация, найденная во всех трех вариантах, — N501Y. Название относится к изменениям в шиповом белке, где тип аминокислотной молекулы, расположенной в позиции 501, изменился с аспарагина (N) на тирозин (Y).

Позиция 501 на рецепторно-связывающем домене — части шипового белка, который прикрепляется к определенному рецептору (ACE2) на клетках человеческого тела — и это изменение, кажется, усиливает связывание между вирусом и клетками человека. Однако по причинам, которые остаются неясными, эффект N501Y значительно усиливается в сочетании с другими мутациями.

Другие мутации в шиповом белке обеспечивают вирусу некоторую защиту от иммунного ответа. Примеры включают E484K (найден в бразильских и южноафриканских вариантах, но не в британском варианте) и мутацию в британском варианте, в которой удалены две аминокислоты (del69−70) и который неоднократно встречается в комбинации с мутациями в рецепторно-связывающем домене.

Давление отбора

Конкретные эволюционные вызовы и давление отбора, которые способствуют выживанию одних вариантов вируса по сравнению с другими, могут способствовать появлению «проблемных вариантов». Это поможет объяснить, почему они так быстро приобретают несколько мутаций или почему эти варианты начинают появляться сейчас.

Вероятное объяснение появления британского штамма заключается в том, что он возник у одного хронически инфицированного человека с ослабленной иммунной системой, который лечился плазмой крови с антителами, полученными от выздоровевшего человека. Это дало бы сильное преимущество любому варианту, который мог бы противостоять терапевтическим антителам. Но это остается теорией.

Вторая возможность связана с появлением бразильского варианта. Нынешняя волна заражений в Манаусе — это всего лишь самая свежая катастрофа COVID-19, поразившая этот город. Предыдущие волны, возможно, привели к заражению 76% населения. В результате высокий уровень иммунитета населения мог дать толчок мутациям в шиповом белке.

Хотя эти варианты вызывают обеспокоенность, есть повод для уверенности в том, что вакцины в конечном итоге окажутся успешными, прекратят пандемию и позволят вернуться к нормальной жизни. В настоящее время нет свидетельств того, что вакцины менее эффективны против новых штаммов. Хотя по-прежнему невозможно сказать, совершит ли вирус дальнейшие эволюционные скачки, столкнувшись с вакцинами, модификация вакцин должна позволить нам опережать вирус на один шаг.

Эд Фейл, «Новое время»