SARS-CoV-2, он же коронавирус, вызывающий COVID-19, как и многие другие популярные вирусы мутирует со временем. В итоге сейчас известно более 100 000 геномов нового коронавируса, взятых у пациентов из 100 стран. В среднем у двух больных COVID-19 генетический код коронавируса, состоящий из 30 000 «букв», будет отличаться на 10 знаков.
Большинство этих мутаций практически никак не меняют вирус, что позволяет иммунной системе разных больных одинаково реагировать на коронавирус и в итоге побеждать болезнь. И все же у SARS-CoV-2 развилось несколько тревожных мутаций, которые позволяют ему избежать стандартного иммунного ответа организма.
И теперь новое исследование проливает свет на то, почему коронавирус мутирует так легко и почему некоторые из таких мутаций способны «маскировать» его от нашего иммунитета. Ученые обнаружили, что SARS-CoV-2 часто мутирует, просто удаляя небольшие фрагменты своего генетического кода. Хотя у вируса есть собственный механизм «корректуры», который исправляет ошибки по мере репликации вируса, очевидно он не может восстановить удаленные данные.
«Это чертовски умно», — сказал старший автор исследования Пол Дюпрекс, директор Центра исследований вакцин Университета Питтсбурга. «Вы не можете исправить то, чего уже нет».
Так выглядит генокод коронавируса.
Более того, согласно исследованию, опубликованному 3 февраля в журнале Science, для SARS-CoV-2 эти пропуски генокода часто обнаруживаются в схожих местах генома. Это области, где человеческие антитела связываются с вирусом и инактивируют его. Но из-за таких «дыр» в генокоде некоторые антитела не могут распознать коронавирус.
Дюпрекс сравнил удаление части генокода с ожерельем из чередующихся черных и белых бусинок. Если вы удалите из него одну бусинку, то для всего ожерелья мало что изменится — однако глазу это будет заметно. Аналогично и для вируса потеря с десяток «букв» генокода мало на что влияет, но для антител это «совершенно другой вирус», — сказал он. «Эти крошечные маленькие пропуски имеют большой, большой эффект».
Дюпрекс и его коллеги впервые заметили эти удаления части генокода у пациента, который был инфицирован коронавирусом в течение необычно долгого времени — 74 дня. У больного была ослабленная иммунная система, что мешало организму быстро избавиться от вируса. По словам исследователей, во время длительной инфекции коронавирус начал развиваться, играя «в кошки-мышки» с иммунной системой пациента, в конечном итоге развивив удаление участков генокода.
SARS-CoV-2 имеет тенденцию к развитию мутаций в определенных местах, которые «маскируют» вирус от антител. На изображении слева показаны различные антитела (зеленые и красные), связывающиеся с SARS-CoV-2 внутри клеток (синие). Справа пропуски в генокоде коронавируса препятствуют работе некоторых нейтрализующих вирус антител (отсутствие зеленого цвета), но другие антитела (красный цвет) все еще прикрепляются к SARS-CoV-2 без проблем.
Ученые задались вопросом, насколько распространены такие удаления. Они использовали базу данных под названием GISAID для анализа около 150 000 генетических последовательностей SARS-CoV-2, собранных из образцов по всему миру. И появилась закономерность. «Эти пропуски генокода обнаруживались в определенных областях генома», — сказал ведущий автор исследования Кевин Маккарти, доцент кафедры молекулярной биологии и молекулярной генетики в Университете Питтсбурга.
«Мы продолжали видеть их снова и снова в образцах SARS-CoV-2, собранных в разных частях мира в разное время», — добавил он. Судя по всему, различные штаммы коронавируса независимо развивались до удаления части генокода из-за «общего давления отбора», написали исследователи в своей статье.
Ученые назвали такие пропуски «регионами повторяющегося удаления». Они заметили, что эти области, как правило, встречаются в местах на спайковом белке коронавируса, где антитела связываются с вирусом, чтобы вывести его из строя. «Это дало нам первый ключ к пониманию того, что, возможно, эти пропуски привели к эволюционному «побегу» [коронавируса] от связывающих его антител», — сказал Маккарти.
Прогнозирование новых мутаций
Исследователи начали свой проект летом 2020 года, когда еще не предполагалось, что коронавирус способен существенно мутировать. Но пропуски в генокоде говорят об обратном. В октябре 2020 года ученые обнаружили вариант вируса с необычным удалением части генокода, который позже стал известен как «английский штамм» или B.1.1.7. Он быстро привлек всеобщее внимание в декабря 2020 года, когда стал массово распространяться в Соединенном Королевстве и за его пределами.
Мутаций у коронавируса хватает, но большая их часть безвредна.
«Наше исследование различных пропусков в генокоде обнаружило первого носителя того, что впоследствии стало линией B.1.1.7», — пишут авторы новой работы. Их открытие подчеркивает важность тщательного мониторинга эволюции вируса путем отслеживания этих удалений и других мутаций. «Нам нужно разработать инструменты, и нам нужно усилить нашу бдительность в поиске таких вещей и отслеживании их… чтобы мы могли начать предсказывать, что происходит с вирусом», — сказал Маккарти.
Хотя вирус может мутировать, чтобы уклоняться от некоторых антител, другие антитела все еще могут эффективно связываться с вирусом и инактивировать его. «Преследовать вирус разными способами — вот как мы победим оборотня», — говорится в заявлении Дюпрекса. «Комбинации разных антител, комбинации различных вакцин. Это нам здорово поможет, если возникнет кризис».
Полученные данные также показывают, почему важно носить маску и принимать другие меры для предотвращения распространения вируса — чем больше людей он заражает, тем больше у него шансов на репликацию и потенциальную мутацию. «Все, что мы можем сделать, чтобы уменьшить количество репликаций… выиграет нам немного времени», — сказал Дюпрекс.
