11 мая 2020

Что можно узнать о коронавирусе SARS-CoV-2 по его геному и как он мутирует? Рассказывает биоинформатик

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.

Иллюстрация: Анна Кулакова / «Бумага»

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. 

Бумага
Авторы: Бумага
Если вы нашли опечатку, пожалуйста, сообщите нам. Выделите текст с ошибкой и нажмите появившуюся кнопку.
Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить
Все тексты
Коронавирус в Петербурге
Новая волна пандемии коронавируса в Петербурге идет на спад, считает независимый исследователь
Как растут заболеваемость, госпитализации и смертность из-за коронавируса. Графики эпидемии в Петербурге
«Эта волна будет выше летней». После открытия школ в Петербурге растет заболеваемость ковидом
В Петербурге растет число детей, госпитализированных с коронавирусом. Средний возраст заболевших — год и два месяца
Введут ли в школах дистанционное обучение с 1 сентября? Отвечает Роспотребнадзор
Новые тексты «Бумаги»
На «Бумаге» — премьера клипа «Научи меня жить» от группы «Простывший пассажир трамвая № 7»
От хюгге-кэмпа до экофермы: блогеры рекомендуют необычные места для путешествия по Ленобласти
Чем технология 5G будет полезна экономике и почему вокруг нее столько страхов? Рассказывает кандидат технических наук
На Рубинштейна постоянно проходят уличные вечеринки, где веселятся сотни людей. Местные жители жалуются на шум, а полиция устраивает рейды
Как проходило голосование по поправкам в Петербурге: вбросы бюллетеней, коронавирус у членов комиссий и участки во дворах
Мобилизация
В России зарегистрировали новый иск об оспаривании мобилизации. Его подал 48-летний петербуржец
Более 200 тысяч человек мобилизовали в России, заявил Шойгу. Что еще рассказал министр обороны
На границах с Латвией и Эстонией развернули мобильные призывные пункты, рассказал губернатор Псковской области
«Я пересмотрела свой взгляд на государство». Жены мобилизованных — о том, как провожали мужей на войну
За полмесяца из России уехало минимум 300 тысяч человек. Как менялся поток автомобилей на границах: графики
Визовые ограничения
На финской границе развернули более 500 россиян после введения запрета на въезд для туристов. До этого отказы были единичными
Helsingin sanomat: финскую границу закроют для российских туристов сегодня ночью
Финляндия скоро запретит въезд всем российским туристам. Что об этом известно
«Они должны выступить против войны». Что говорят о бегущих от мобилизации россиянах в других странах. Обновлено
Сейм Латвии запретил продлевать ВНЖ россиянам, не владеющим латышским языком, а также выдавать рабочие визы
Давление на свободу слова
Обвиняемый по делу о «фейках» Борис Романов в четвертый раз не явился на заседание горсуда
Петербургскому депутату, просившему обвинить Путина в госизмене, пытались вручить повестку о мобилизации
Роскомнадзор заблокировал Soundcloud
Петербургская прокуратура потребовала признать движение «Весна» экстремистской организацией и запретить ее деятельность
В Ленобласти возбудили уголовное дело против жены активиста Правдина. Ранее его задержали из-за плаката «Русские, вы нелюди»
Свободу Саше Скочиленко
Обвинение Скочиленко опирается на экспертизу, где говорится, что Саша лжет, а военные РФ «гуманны». «Бумага» разобрала документ
«Имея предубеждение — неприязненное чувство…». Саше Скочиленко предъявили обвинение
«Вы совершили тяжкое преступление против государства». Как прошла встреча Саши Скочиленко и омбудсмена Агапитовой — две версии
Саша Скочиленко рассказала про типичный день в СИЗО — с обысками, прогулками в крошечном дворе и ответами на письма
Саше Скочиленко, арестованной по делу о «фейках» про российскую армию, срочно нужно обследование сердца
Экономический кризис — 2022
Сеть H&M закрыла треть своих магазинов в Петербурге
Россияне все чаще покупают криптодоллары, чтобы вывезти деньги из страны. Вот что нужно знать об этом финансовом инструменте
Курс евро на Мосбирже опустился ниже 52 рублей впервые за шесть лет. Что происходит?
Акции «Яндекса» и Ozon с начала войны подешевели на 73 %. Почему российский фондовый рынок уже неделю падает, а рубль нет?
Российский фондовый рынок продолжает падение на фоне новостей о мобилизации. Доллар также растет к рублю
К сожалению, мы не поддерживаем Internet Explorer. Читайте наши материалы с помощью других браузеров, например, Mozilla Firefox или Chrome.