Ученые считают, что эволюция SARS-CoV-2 еще долго будет продолжаться

Исследователи Джейк Лемье (Jake Lemieux) и Джереми Любан (Jeremy Luban), соруководители группы по изучению вариантов вируса, с соавторами исследования еженедельно проводят международные, межучрежденческие и междисциплинарные звонки, чтобы составить карту изменяющейся биологии и поведения вируса, чтобы выяснить, как вновь приобретенные функции могут изменить способ взаимодействия вируса с человеком-хозяином и дать подсказки об эволюционном будущем вируса. Исследование было опубликовано на medRxiv.

Пандемия сплотила научное сообщество

«Сложные вопросы, с которыми мы сталкиваемся, включают в себя весь спектр знаний, от ухода за пациентами до атомной структуры», — заявил Любан, профессор молекулярной медицины, биохимии и молекулярной фармакологии Массачусетского университета (University of Massachusetts). «В ходе этих звонков все эти эксперты работают вместе, обучая друг друга в своих областях».

«Пандемия очень сплотила сообщества, и некоторые из них, вероятно, останутся надолго», — сказал Лемье, специалист по инфекционным заболеваниям. «Барьеры для совместной работы в лабораториях, учреждениях, географических регионах стали намного ниже, чем когда-либо».

Главные вопросы для ученых: как будет развиваться вирус? Каковы будут последствия? Что мы можем с этим поделать?

В человеческой психологии есть поговорка, что лучший предсказатель будущего поведения — это прошлое поведение. Это также может быть верно в случае с вирусами — до определенного момента. Знание эволюционной истории патогена важно, но недостаточно, чтобы предсказать, куда он может двигаться. Эволюционный послужной список SARS-CoV-2 слишком короток, чтобы дать осмысленное представление о его будущем. И история вируса до сих пор подчеркивала его непредсказуемый характер. Могут ли подсказки исходить от других коронавирусов? Возможно, но не очень надежно, предупреждают Любан и Лемье, поскольку каждый коронавирус представляет собой отдельную сущность, что затрудняет проведение более широких сравнений.

«Некоторыми из компараторов для SARS-CoV-2 могут быть SARS-CoV-1 и MERS-CoV, которые являются родственными вирусами, инфицировавшими людей», — сказал Любан. «Это хорошие примеры того, как невозможно предсказать, куда мы движемся, потому что SARS-CoV-1 вымер, а MERS-CoV имеет совершенно другой способ инфицирования и сохраняется у животных».

Относительная нехватка знаний о коронавирусах

Еще одним фактором, затрудняющим прогнозирование, является относительная нехватка знаний о коронавирусах. Мир вступил в пандемию COVID-19, имея лишь горстку экспертов по коронавирусу. Интерес к этой области, а также финансирование исследований в ней достигли пика в середине 2000-х годов после первой вспышки атипичной пневмонии, но после этого быстро угасли, оставив научное сообщество с некоторыми серьезными пробелами. Одним из них оказалась склонность SARS-CoV-2 к мутациям.

Мутации являются нормальной частью жизненного цикла коронавируса

Мутации являются нормальной частью жизненного цикла вируса. Они возникают, когда вирус копируется. Многие из этих мутаций несущественны, другие вредны для самого вируса, а третьи могут дать ему конкурентное преимущество.

В начале 2020 года предполагалось, что SARS-CoV-2 не изменится слишком быстро. Как и у других коронавирусов, у него есть механизм, который предотвращает слишком много изменений или ошибок в вирусном геноме во время репликации.

«У вируса есть корректорский механизм, уникальный для коронавирусов, поэтому ходили слухи, что эти вирусы не так подвержены ошибкам, как другие РНК-вирусы, такие как полиовирус, вирус гриппа или ВИЧ-1», — заявляет Любан.

Две мутации в месяц

Действительно, в начале пандемии SARS-CoV-2 накапливал около двух мутаций в месяц — низкая скорость изменений, которая подтверждала первоначальный прогноз о том, что SARS-CoV-2 будет медленным мутатором. Тем не менее, некоторые ученые не были столь оптимистичны. В марте 2020 года Любан начал изучать данные о пандемии гриппа 1918 года. Он наткнулся на поразительную диаграмму, показывающую три основных всплеска смертности в Великобритании в течение 1918 и 1919 годов, возможный показатель повторяющихся циклов инфекции, вызванных новыми вариантами вируса.

«Может быть, это то, к чему мы движемся с SARS-CoV-2?», — задумался Любан.

Он задал вопрос экспертам по гриппу и эпидемиологам всего мира. Многие откровенно разозлились за то, что предположили такую возможность. 

«Дело в том, что если вы говорите, что дом не горит, в большинстве случаев вы правы — дом не горит», — сказал Лемье. «Но иногда, когда срабатывает пожарная сигнализация, нужно эвакуироваться из дома».

Зловещие изменения в геноме

Подозрения Любана были усилены появлением зловещих изменений в геноме SARS-CoV-2. Одним из таких изменений была мутация, которая изменяет спайковый белок D614G. Любан заметил это, потому что это напомнило ему о мутациях, которые он изучал в вирусе Эбола во время двух предыдущих вспышек — замены отдельных аминокислот в белковом механизме, который вирус использует для проникновения в клетки человека. Это натолкнуло Любана и его коллег-единомышленников на мысль, что эта мутация может быть адаптацией, которая может повысить инфекционность SARS-CoV-2 — точно так же, как аналогичное изменение произошло с вирусом Эбола.

На сцену вышла альфа

Осенью 2020 года на сцену вышла альфа — первый вариант опасного вируса, вызвавший волны болезней и смертей по всему миру. 

«Появилось существо с, возможно, в 10 раз большим количеством мутаций, чем было замечено в любых предыдущих штаммах от пандемии до этого момента», — сказал Любан. «Он пронесся по планете и завладел ею, и внезапно разговор изменился».

С тех пор появились новые варианты: бета, гамма, дельта, омикрон. И циклы инфекций, госпитализаций и смертей продолжались, подобно волнам смертей во время вспышки гриппа 1918-1919 годов. 

Пандемия вариантов

По словам Лемье, это стало пандемией вариантов. Они возникают, идентифицируются и характеризуются у людей и животных. Терапия моноклональными антителами теперь может быть адаптирована к вариантам, и в конечном итоге вакцины могут быть откалиброваны для вариантов.

«Безумно думать, как далеко мы продвинулись и насколько пандемия — это варианты», — сказал Лемье.

Некоторые подсказки об эволюционном будущем вируса могут исходить из прошлого Омикрона. Хотя происхождение Омикрона остается предметом научных спекуляций, которые, вероятно, никогда не будут решены, у исследователей есть четыре теории происхождения, которые применимы как к Омикрону, так и к предыдущим вызывающим озабоченность вариантам. Это означает, что любой из этих механизмов происхождения может также привести к следующему варианту.

Теории происхождения Омикрона

Первая теория вращается вокруг ключевых мутаций, которые могли способствовать накоплению других мутаций. Любан описывает их как мутации, которые сами по себе могут быть не такими уж значительными для трансмиссивности варианта, но могут быть важными факторами, способствующими другим важным мутациям. Показательный пример: D614G — это краеугольная мутация. Без него не было бы альфа-, бета- и гамма-вариантов. По словам Лубана, такие ключевые мутации были и, вероятно, станут постоянной чертой вирусной эволюции и могут привести к появлению новых вариантов.

Вторая гипотеза утверждает, что в течение последних двух лет Омикрон, возможно, оставался незамеченным, поскольку мутации накапливались незамеченными в тех частях мира, где диагностические тесты, секвенирование генома и вакцины не были широко доступны. Такая возможность существует для любых будущих вариантов.

Третья возможность — это распространение от человека к другому животному-хозяину, когда SARS-CoV-2 реплицировался и приобрел совокупность геномных изменений, прежде чем вернуться обратно в человека-хозяина.

Статья по теме: генетические варианты помогут объяснить различия в течении COVID-19.