Коронавирус и его мутации
Наиболее запоминающимся событием 2020-го года определённо стала пандемия, вызванная новым коронавирусом, получившим название SARS-CoV-2. Этот вирус, как и его знаменитые предшественники MERS-CoV и SARS-CoV, также вызывает тяжелый острый респираторный синдром, в ряде случаев приводящий к серьёзному поражению органов дыхания. По состоянию на 17 января 2021 года SARS-CoV-2 заразилось более 93 миллионов человек по всему миру, число погибших превысило 2.8 миллионов человек.
Сам SARS-CoV-2 относится к РНК-содержащим вирусам – свою наследственную информацию он нежно хранит в виде молекул РНК, в то время как мы с вами используем более надёжную ДНК – и принадлежит к семейству бетакоронавирусов, к коему относятся и более приятные ребята, наподобие вируса OC43, вызывающего обычную простуду.
В общем, не все коронавирусы одинаково ужасны. Но все они мутируют. Да и чего скрывать, вообще все мутируют, и мы с вами сейчас сидим и тихо себе мутируем – накапливаем в ДНК своих клеток разные изменения, которые и называют мутациями. Наша ДНК состоит из двух цепочек, каждая из которых – последовательность звеньев (их называют нуклеотидами) четырёх типов: аденин, гуанин, цитозин и тимин. И вот эти звенья иногда могут случайно заменяться друг на друга, это и есть мутации. Мутации бывают разные: некоторые затрагивают только одно звено, а иные могут привести к выпадению или замене целого весьма протяжённого куска цепочки ДНК. Но это в большей степени про нас с вами, уважаемые мутанты. Мутации коронавирса чаще всего как раз являются случайными заменами одного-двух нуклеотидов, но случаются весьма и весьма часто. Кстати, вирусы мутируют, только находясь внутри клетки заражённого, ибо вне её они неактивны.
Как и для любого другого организма изменения в генетическом материале для вируса могут быть нейтральными, полезными и вредными. С нейтральными все понятно, от них ничего не меняется, но что есть польза для вируса? Вирусу хорошо, когда он легко передаётся от одного индивидуума к другому, эффективно проникает в клетки и умеет быстро в них размножаться, а ещё избегает иммунитета организма-хозяина. Все это позволяет вирусу быстро распространяется в популяции, то есть быть биологически успешным. И эти свойства определяются как раз последовательностью нуклеотидов в генетическом материале вируса– молекуле РНК. Следовательно изменения в ней меняют и свойства самого вируса: случайная мутация может привести к неспособности связываться с клеткой, и тогда такой штамм быстро погибнет, или же, наоборот, – к увеличенной скорости размножения в клетке, что даст конкурентное преимущество, и штамм будет быстро распространяться по планете. И как раз именно из-за этого учёные постоянно отслеживают появление и распространение тех или иных мутаций у вирусов. Например, группа исследователей из Los Alamos National Laboratory разработала алгоритм для быстрого поиска новых мутаций SARS-CoV-2. Этот алгоритм позволяет отслеживать эволюцию вируса буквально в реальном времени. Благодаря непрерывной работе учёных по всему миру к настоящему моменту известно более двухсот широко распространённых и устойчивых (стабильно передающихся от одного человека к другому) мутаций коронавируса SARS-CoV-2, каждая из которых детально изучается на предмет возможного влияния на “поведение” вируса.
Среди наиболее интересных мутаций можно выделить две: замена аспарагиновой кислоты на глицин в S белке (D614G) и замена серина на пролин (S943P) этого же белка. S-белок – это как раз та самая молекула, которая позволяет вирусу связываться с нашими клетками и проникать в них, и мутации в ней могут драматически влиять на скорость распространения вируса, и именно их особенно пристально анализируют исследователи. И действительно, согласно работе учёных из Великобритании эта замена хотя и не влияет на тяжесть протекания заболевания, но повышает способность связываться с нашими клетками, что делает её полезной для вируса. Мутация S943P тоже помогает вирусу «зацепиться» за клетки. Следует отметить, что большая часть мутаций никак не влияет на свойства вируса.
Однако в декабре 2020-го года в Великобритании обнаружили новый штамм SARS-CoV-2, получивший название VOC-202012/01 (Variant of Concern – Вариация, вызывающая опасение), который накопил у себя аж 23 устойчивых мутации. Считается, что этот вариант возник где-то в сентябре во время продолжительной болезни неизвестного пациента, что позволило вирусу долго эволюционировать в стабильной для себя среде. Наиболее интересной мутацией является замена аспарагина на тирозин (N501Y) все в том же S-белке, и к настоящему времени показано, что она, как и D614G, увеличивает вероятность связывания вируса с поверхностью клеток, но так же не связана с тяжестью протекания заболевания. Другая мутация 69-70del тоже затрагивает S-белок, но её подозревают в наделении коронавируса способностью избегать иммунного ответа организма, уже перенёсшего заболевание ранее. Таким образом, новый штамм может оказаться более заразным, чем все остальные варианты. Так скорость распространения в районах, где циркулирует данный вариант, была быстрее, чем ожидалось. К настоящему времени новый штамм обнаружен почти по всему земному шару. Пока что нельзя достоверно сказать, насколько значимую угрозу представляет VOC-202012/01 и как он будет взаимодействовать с организмами привитых людей, поэтому запасаемся попкорном и масками и наблюдаем.
Автор: Андрей Макашов, научный сотрудник ЧНИУ «Биомедицинский центр»