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.
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.
