Как коронавирус SARS-CoV-2 проникает в клетки человеческого организма, почему его появление связывают с летучими мышами и панголинами и насколько быстро он мутирует?
На эти и другие вопросы на вебинаре, организованном Фондом инфраструктурных и образовательных программ (Группа РОСНАНО) и «Бумагой», ответил старший научный сотрудник лаборатории системной биологии старения в Медицинской школе Гарварда и МГУ и один из авторов нашей научной рассылки Александр Тышковский.
«Бумага» публикует основные тезисы из его выступления и письма.
Александр Тышковский
Старший научный сотрудник лаборатории системной биологии старения в Медицинской школе Гарварда и МГУ
Из чего состоит коронавирус и как он присоединяется к нашим клеткам?
Вирус — это простая субстанция: некая упаковка, внутри которой находится генетическая информация в виде ДНК или, как в случае с коронавирусом SARS-CoV-2, РНК.
Кроме РНК у SARS-CoV-2 есть липидная оболочка и белки. Визитная карточка коронавируса — белок-шипик и тот фрагмент на нем, которым он связывается с рецептором на поверхности наших клеток. Именно эта часть отличает наши вирусы от вирусов животных, которые не могут нас заражать.
В РНК нового коронавируса около 30 тысяч букв. В генетической информации зашифровано устройство вируса, и попадая в клетку, именно она помогает ему размножаться. Кроме того, генетическая информация отличает один вирус от другого, определяет, с каким из них мы имеем дело, а также дает ответы о происхождении вируса.
Почему гипотеза о том, что SARS-CoV-2 был создан учеными, неверна?
Самая известная гипотеза искусственного происхождения вируса, растиражированная в прессе, — статья 2015 года, в которой описано, как ученые, в том числе из лаборатории Уханьского института вирусологии, создали химеру из двух коронавирусов.
Первым из используемых в этом эксперименте вирусов был вирус атипичной пневмонии 2003 года, довольно близкий родственник нынешнего коронавируса, а вторым — вирус из летучих мышей, который человеческие клетки не заражает. В ходе исследований ученым удалось вставить белки-шипики одного вируса в вирусную частицу другого. Фактически они объединили их последовательности РНК, в результате чего получился смешанный вирус.
Проверить, насколько созданный учеными вирус похож на SARS-CoV-2, можно по генетической информации, собранной в базе данных BLAST. Сходство — 80 %. Кажется, много, но примерно такой же процент сходства у ДНК человека и какой-нибудь рыбы. В эволюционном смысле это очень далеко.
Более того, если мы еще немного поработаем с этой базой данных, то увидим, что на сегодняшний день нет ни одного вируса, который бы совпадал с нашим хотя бы на 97 %. Поэтому очень маловероятно, что ученые могли создать SARS-CoV-2 из известных сегодня вирусов.
Как возник COVID-19 и почему с его появлением связаны летучие мыши?
На сегодняшний день нам известны два ближайших родственника SARS-CoV-2. Один из них был обнаружен в летучей мыши и на 96,2 % похож на наш по всему геному. Причем летучие мыши ответственны за появление не только COVID-19, но и атипичной пневмонии в 2003 году и дальневосточного вируса MERS.
Почему летучие мыши являются основным поставщиком коронавирусов, да и других вирусов животного происхождения? Во-первых, их много — более тысячи видов. Во-вторых, они кучкуются и летают на большие расстояния, то есть распространяют вирусы между собой и заражают других животных. И, наконец, их иммунная система устроена так, что когда вирус попадает в клетку мыши, в ее организме не возникает воспалительный ответ, как у нас, а активируются специальные ферменты, которые разрезают вирус. Это приводит к тому, что полностью вирус из организма не исчезает, а продолжает там существовать в спящем режиме.
Но когда возникают стрессовые ситуации, например другая инфекция, или пробуждение от спячки, или человек пришел в пещеру и начал светить фонарем, вирусы могут проснуться и вероятность их передачи повысится. Эти три причины приводят к тому, что летучие мыши являются одним из природных резервуаров зоонозов, то есть вирусов животного происхождения. И именно они сегодня представляют большую опасность, потому что об этих вирусах мы знаем очень мало.
Тем не менее при сходстве в 96,2 % у вируса летучей мыши и SARS-CoV-2 существенно отличается один из фрагментов, а именно — рецептор-связывающий фрагмент, которым шиповидный белок связывается с нашими клетками. Получается, у вируса летучей мыши есть всё, кроме самого важного.
Как мутируют вирусы и что связывает SARS-CoV-2 и панголинов?
Второй ближайший родственник SARS-CoV-2 был обнаружен у панголинов. Весной прошлого года, за несколько месяцев до пандемии, панголины, которых китайская таможня забрала у контрабандистов, умерли от странного ОРВИ. Специалисты стали выяснять, в чем дело, и обнаружили коронавирус.
В целом, он меньше похож на SARS-CoV-2 (91 %), чем вирус летучей мыши, но фрагмент шиповидного белка у него практически идентичен коронавирусу человека по белковой последовательности.
В связи с этим существует гипотеза, что в какой-то момент произошла рекомбинация вируса-родственника летучей мыши и вируса-родственника панголина. То есть вирус панголина как бы отдал вирусу летучей мыши этот самый важный кусок, необходимый для заражения клеток человека, — рецептор-связывающий фрагмент.
Собственно, и вирус атипичной пневмонии 2003 года, по-видимому, возник в результате рекомбинации трех разных коронавирусов: они встретились в клетках летучей мыши и обменялись кусками своих хромосом.
В геноме РНК-вирусов мутации происходят обычно гораздо быстрее, чем в нашей ДНК. Всё потому, что при копировании РНК в ней не исправляются ошибки. Если в ходе репликации ДНК в наших клетках там возникнет какая-то опечатка, специальная система тут же постарается ее исправить. А вот у большинства РНК-вирусов такой системы нет. Но только не у коронавирусов.
Да, тут нам повезло: коронавирусы исправляют за собой ошибки при копировании РНК, благодаря чему мутируют в разы медленнее, чем, например, вирусы гриппа. А значит, и антитела против них, скорее всего, смогут защищать нас немного дольше.
На сегодняшний день скорость мутагенеза вируса SARS-CoV-2 составляет около 26 замен в год. 25 опечаток на примерно 30 тысяч букв в его геноме. Кстати, у каждого из нас есть возможность практически в реальном времени наблюдать за тем, как мутирует SARS-CoV-2.
Как работают антитела и почему некоторые из них способны защитить организм от нескольких вирусов?
Недавно ученые обнаружили, что некоторые антитела к вирусу атипичной пневмонии 2003 года являются довольно универсальными и способны взаимодействовать и с коронавирусом SARS-CoV-2. Поэтому люди, которые переболели атипичной пневмонией, в какой-то степени могут быть защищены от нового вируса, хотя и не все.
Специалисты показали, что антитела к вирусу атипичной пневмонии разделялись на две группы. Одни из них связывались с фрагментом шиповидного белка, взаимодействующим с рецепторами на клетках человека. Этот фрагмент сильнее всего отличается у коронавирусов, поэтому такие антитела были бессильны против SARS-CoV-2. В то же время другие антитела связывались с более консервативным участком вирусного белка, подверженным меньшим изменениям. Благодаря этому они имели более широкий спектр защиты и были способны взаимодействовать как с вирусом атипичной пневмонии 2003 года, так и с новым вирусом.
Получается, в зависимости от того, какие антитела образуются в организме, иммунитет против коронавирусной инфекции у разных людей может длиться разное время. А некоторых может защитить и от других родственных вирусов.
Читайте также интервью «Бумаги» с вирусологом о том, откуда взялся COVID-19, чем он опаснее гриппа и станет ли болезнь сезонной.
