ru

Варианты коронавируса: как они развивались и что означают


207
207 points

Когда недавно в больницах Манауса, Бразилия, закончились запасы кислорода, для экстренной эвакуации были вызваны военно-воздушные силы, а медицинские работники отчаянно пытались спасти жизни с помощью ручной вентиляции легких. Для тех, кого не удалось спасти, оставались только морфин и последнее сжатие рук.

Ошеломляющий всплеск случаев COVID в Манаусе заставил все громче звенеть тревожные звонки для правительств и агентств по всему миру, которые изо всех сил пытаются справиться с пандемией. Число случаев заболевания продолжает расти в Великобритании и Южной Африке, и, как и в Манаусе, они, по-видимому, в основном связаны с появлением новых вариантов коронавируса, пишет Эд Фейл, профессор микробной эволюции в Центре эволюции Милнера, Университет Бата.

Три варианта, вызывающие беспокойство

Варианты коронавируса: как они развивались и что означают?
Изображение: Vicki Hamilton/Pixabay

Названия этих «вызывающих озабоченность вариантов», как их называют ученые, несколько запутаны. Поэтому для простоты о них можно говорить как о бразильском, южноафриканском и британском варианте. Все они появились недавно и все являются результатом нескольких мутаций, которые знаменуют явный сдвиг в эволюции вируса. Почти наверняка подобные варианты распространяются незамеченными. И, вероятнее всего, появятся и другие.

Несмотря на то, что эти 3 варианта возникли независимо на 3 разных континентах, они имеют поразительное сходство. Каждый из них за короткое время претерпел несколько мутаций, многие из которых содержат инструкции по созданию белка-шипа вируса.

Белок-шип — это то место, где происходят ключевые битвы между человеком и вирусом, включая вакцины. Это ключ к тому, как вирус взаимодействует с человеческим организмом — как в отношении иммунного ответа, так и в отношении связывания и проникновения в клетки дыхательных путей человека.

Идентичные мутации возникли независимо как в рассматриваемых вариантах, так и в других вирусных линиях. По сути, вирус неоднократно сталкивался с одними и теми же эволюционными решениями конкретных проблем. Это явление известно как эволюционная конвергенция (к примеру, независимая эволюция крыльев у летучих мышей, птиц и насекомых).

Трудно понять, как эти мутации могут повлиять на поведение коронавируса на молекулярном уровне. Работа по преодолению разрыва между «генотипом» (мутациями) каждого варианта и его «фенотипом» (скоростью его распространения) усиливается, но она требует постоянных междисциплинарных усилий.

Созвездия мутаций

Задача усложняется тем, что в этих вариантах (так называемых созвездиях) накопилось несколько мутаций. Британский вариант, например, имеет 23 отдельные мутации, что представляет собой значительный эволюционный скачок без каких-либо известных промежуточных вариантов.

И хотя не все мутации считаются важными, эффект любой отдельной мутации может быть изменен наличием других мутаций (такой эффект называется эпистазом). Это значительно усложняет задачу точного выяснения того, что именно делают эти мутации, и оценки риска вновь возникающих вариантов.

Несмотря на эти сложности, комбинация вычислительного анализа и лабораторных экспериментов дала ценные доказательства эффектов этих мутаций. Например, одна мутация, обнаруженная во всех трех вариантах — это N501Y. Название относится к изменению в белке-шипе, когда тип молекулы аминокислоты, расположенной в позиции 501, изменился с аспарагина (N) на тирозин (Y).

Позиция 501 находится на рецептор-связывающем домене — части белка-шипа, который прикрепляется к определенному рецептору (ACE2) на клетках человеческого тела — и это изменение, по-видимому, усиливает связывание между вирусом и клетками человека. Тем не менее, по причинам, которые остаются неясными, эффект N501Y значительно усиливается в сочетании с другими мутациями.

Другие мутации в белке-шипе предлагают вирусу некоторую защиту от иммунного ответа. Примеры включают E484K (встречается в вариантах для Бразилии и Южной Африки, но не в варианте для Великобритании) и мутацию в варианте для Великобритании, в которой удалены две аминокислоты (del69-70) и которая неоднократно обнаруживается в сочетании с мутациями в рецептор-связывающем домене.

Давление отбора

Появлению вызывающих озабоченность вариантов могут способствовать конкретные эволюционные проблемы и давление отбора, содействующие выживанию одних вариантов вируса по сравнению с другими. Это помогло бы объяснить, почему они так быстро приобретают несколько мутаций или почему эти варианты начинают появляться сейчас.

Правдоподобное объяснение появления британского варианта заключается в том, что он возник у одного хронически инфицированного человека с ослабленной иммунной системой, который лечился плазмой с антителами от выздоровевшего пациента. Это могло дать сильное преимущество любому варианту, способному противостоять терапевтическим антителам. Но это остается теорией.

Вторая возможность связана с появлением бразильского варианта. Текущая волна заражения в Манаусе — это только последняя катастрофа COVID, поразившая этот город, ведь предыдущие волны могли привести к заражению 76% населения. Возникший в результате высокий уровень иммунитета популяции мог дать преимущество мутациям в белке-шипе.

И хотя все эти варианты вызывают беспокойство, нужно верить, что в конечном итоге вакцины окажутся успешными в прекращении пандемии и позволят вернуться к нормальному состоянию. В настоящее время нет доказательств того, что вакцины менее эффективны против новых вариантов. И хотя по-прежнему нельзя предсказать, совершит ли вирус и каким образом дальнейшие эволюционные скачки, когда столкнется с вакцинами, изменения в дизайне вакцин должны гарантировать, что мы будем на шаг впереди.


Понравилось? Поделитесь с друзьями!

207
207 points
Василий Вдовиченко
Южная научно-исследовательская лаборатория