Коронавирус оказался способен встраиваться в хромосомы человека

Какие штаммы коронавируса существуют?

Основных штаммов нового коронавируса семь, они обозначаются буквами GR, G, GH, O, S, L и V. Всё началось со штамма L – именно его обнаружили в китайском Ухане в декабре 2019 года. Однако теперь он постепенно исчезает.

Основные штаммы коронавируса. На графике видно, что штамм L, вышедший из Уханя (оранжевый), постепенно исчезает / Графика с сайта gisaid.org

Остальные штаммы распределены по миру неоднородно: на каждом континенте наиболее распространено, как правило, не более двух основных вариаций. Их распространение можно наблюдать на составленной учёными интерактивной карте Nextstrain, отслеживающей мутации вируса.

Мутация вируса с января 2020 года по регионам / Графика с сайта nextstrain.org

Российский научный центр «Вектор» в октябре сообщил, что выявил более 80 мутаций коронавируса на территории страны. Но широко распространены в основном два штамма: европейский и азиатский, сообщили в «Роспотребнадзоре». При этом последний завезён не из Китая, а из других азиатских стран.

Эти два штамма находят у 99% исследуемых в России, сообщали в ведомстве.

Портрет убийцы

«Первый вопрос всегда – что это такое?» – говорит профессор-иммунолог Кристиан Андерсен.

Лаборатория Андерсена специализируется на геномике инфекционных заболеваний. Они изучают распространение вирусов с животных на людей.

Как и треть населения планеты, профессор Кристиан Андерсен живет и работает в изоляции

Как и треть населения планеты, профессор Кристиан Андерсен живет и работает в изоляции

Еще в конце декабря, буквально через несколько часов после госпитализации первых пациентов, ученые из Института вирусологии Уханя уже анализировали носовые мазки заболевших таинственным вирусом.

Смертельная комбинация

Ученые обнаружили, что вирус может проникнуть в организм человека только одним путем, прикрепляясь к специфическим рецепторам ACE-2 на поверхности человеческих клеток.

Коронавирус, прикрепившийся к клетке человека

Коронавирус, прикрепившийся к клетке человека

Лаборатория профессора Майкла Фарзана обнаружила рецептор ACE-2 во время вспышки вируса SARSв 2003 году.

Проблема, объясняет Фарзан, заключается в том, что рецепторы ACE-2 расположены по всему телу, внутри носа, легких, кишечника, даже сердца, почек и мозга.

Профессор иммунологии и микробиологии Майкл Фарзан

Профессор иммунологии и микробиологии Майкл Фарзан

Столь широкое распространение ACE-2 объясняет, почему Covid-19 вызывает такой разнообразный спектр симптомов, от инфекции в носу, ведущей к потере обоняния, до воспаления в легких, вызывающего сильный кашель.

Как правило, большинство вирусов либо хорошо распространяются, либо могут вызывать тяжелые заболевания. Covid-19 более опасен, потому что ему одинаково хорошо удается и то, и другое.

Проникая в верхние дыхательные пути, нос и легкие, воспаление вызывает кашель и чихание, которые быстро распространяют болезнь. А заражение нижних дыхательных путей может вызвать серьезные, потенциально смертельные проблемы с дыханием.

Погоня за вакциной

В настоящее время 124 различных группы исследователей претендуют на то, чтобы первыми разработать вакцину против Covid-19.

Профессор Жоржи Калил в Университете Сан-Паулу возглавляет одно из немногих испытаний потенциальной вакцины, проходящих в Бразилии. Страна парализована коронавирусом, но президент Жаир Болсонару продолжает участвовать в митингах против карантина, несмотря на то, что региональные власти ввели карантин в большинстве крупных городов по всей стране.

Профессор Жоржи Калил в своем доме в Сан-Паулу

Профессор Жоржи Калил в своем доме в Сан-Паулу

На заявления некоторых разработчиков, что вакцина может быть готова уже в сентябре, а производство и распространение займет от 12 до 18 месяцев, Калил смотрит скептически. Он говорит, что главное – тщательность, а не спешка.

«Мы должны двигаться как можно быстрее. Но я не думаю, что достигший финиша первым будет победителем. Это не автомобильная гонка. Победителем станет та вакцина, которая подойдет большинству людей – в идеале не менее 90% – и остановит как симптомы, так и распространение вируса», – считает он.

Калил полагает, что для того, чтобы по-настоящему положить конец пандемии, миру нужна вакцина, предназначенная для пожилых людей и людей с хроническими сердечно-сосудистыми заболеваниями. Именно этим людям будет сложно выработать антитела, естественный защитный механизм нашего организма в ответ на вакцину или инфекцию. Поэтому, если вакцина не работает для большинства людей, включая самых уязвимых, Covid-19 будет продолжать распространяться.

Массовые похороны жертв Covid-19 в Манаусе, Бразилия

Массовые похороны жертв Covid-19 в Манаусе, Бразилия

Калил также считает крайне важным доступ к вакцине для всех стран, иначе предотвратить повторные вспышки не удастся.

«Проблема в деньгах и политике. Здесь, в Сан-Паулу, богатые люди самоизолируются в своих красивых домах, но как быть скромной семье, состоящей из восьми, девяти или десяти человек в одной комнате?» – говорит он.

«Чтобы действительно покончить с вирусом для всех, нужна очень хорошая вакцина. Другого выхода нет».

Свежие могилы на кладбище для умерших по причинам, предположительно или точно связанным с Covid-19, в Манаусе, Бразилия

Свежие могилы на кладбище для умерших по причинам, предположительно или точно связанным с Covid-19, в Манаусе, Бразилия

SARS-CoV-2 и его геном

Вирусная частица SARS-CoV-2 состоит из белковой мембраны и липидной внешней оболочки, от которой отходят отростки характерной формы. Благодаря их наличию вирусы данной группы и получили свое название. SARS-CoV-2 невелик – его размеры не превышают 200 нанометров.

Геном коронавируса COVID-19, как и других представителей этой группы организмов, представляет собой цепь РНК. Она состоит примерно из 30 тыс. нуклеотидов. РНК вируса окружена особым белком, который упаковывает ее в компактную спираль.

РНК-содержащий геном считается слабостью вируса. Он не дает возможности исправлять мутации, которые неизбежно возникают из-за воздействия внешних и внутренних факторов.

Ученые считают, что такое строение генома коронавируса могут сделать его нежизнеспособным. В целом геном «ковида» более стабилен по сравнению с возбудителями ОРВИ или атипичной пневмонии. Это позволяет надеяться на создание вакцины, которая будет эффективна долгое время.

Интересная особенность SARS-CoV-2 – наличие большого числа субгеномных РНК в вирусной частице. Корейские ученые, занимавшиеся изучением вопроса, насчитали девять типов подобных образований. Считается, что именно они способствуют быстрой эволюции патогена.

За время изучения SARS-CoV-2 в его геноме было обнаружено почти 150 изменений. Известны два подтипа возбудителя: L и S. Первый встречается чаще (до 70%), он более агрессивен и быстрее распространяется.

Семейство коронавирусов и их классификация

Возбудителем COVID-2019 является определенный класс вирусов. Вирусы – это инфекционные агенты (паразиты), которые, проникая в клетки организма хозяина (человека, животного, растения), становятся причиной болезни. Зависимо от структуры различают разные виды вирусов: РНК-содержащие и ДНК-содержащие, которые в свою очередь вызывают различные типы заболеваний. Именно вирусы являются причиной респираторных, многих желудочно-кишечных, неврологических и других инфекций. Коронавирусы, о которых пойдет речь дальше, принадлежат к классу РНК-содержащих паразитов, вызывающих респираторные заболевания .

Коронавирусы (Coronaviridae) – это довольно большой перечень вирусов, которые способны инфицировать как животных, так и человека, вызывая респираторные синдромы разной сложности. Принадлежат к II группе патогенности.

Свое название они получили благодаря особому строению. На теле вируса есть специфические шиповидные отростки, из-за чего он выглядит как солнечная корона. Жизненный цикл всех коронавирусов примерно одинаковый. С помощью этих отростков коронавирус маскируется под молекулы S-протеинов, на которые реагируют особые рецепторы клеточной мембраны. Они захватывают «самозванцев» с «короной», после чего вирус с легкостью проникает внутрь клетки. Кстати, сравнение SARS-CoV-2 (возбудитель COVID-2019) и SARS-CoV-1 показало, что первый легче сцепляется с рецепторами, из-за чего заражение происходит намного легче. Это отличие делает его крайне опасным.

Проникая внутрь клетки, вирус начинает собирать свои белки в рибосоме, которая не может определить, является ли это РНК вируса или полезных для клетки белков. Уникальность коронавирусов в том, что они имеют очень крупные несегментированные РНК, из-за чего являются наиболее сложными среди всех вирусов по структуре. Из-за этого бороться с ними намного сложнее, чем с более простыми агентами .

Современная классификация вирусов довольно сложная. Если говорить отдельно о семействе Coronaviridae, то оно, наряду с Arteriviridae и Roniviridae, входит в отряд Nidovirales (вирусы, которые содержат одноцепочечную РНК). Что касается разновидностей коронавирусов, то на январь 2020 года ученым были известны, как минимум, 40 видов . Большинство из них впервые были обнаружены в 1930-х годах у домашних птиц. У животных они вызывают респираторные, неврологические, печеночные и желудочно-кишечные заболевания. Коронавирус человека впервые выделили D. Tyrrell и M. Bynoe в 1965 году от пациента с ОРЗ .

Человека поражают только 7 из известных на сегодня коронавирусов. И самые распространенные среди них: HCoV-229E, -OC43, -NL63 и -HKU1. Обычно они поражают верхние дыхательные пути, вызывая заболевания легкой или средней тяжести . Кроме того, как свидетельствуют научные данные, у большинства людей есть специфические антитела, благодаря которым вырабатывается устойчивость к наиболее распространенным коронавирусам .

Семейство Coronaviridae состоит из 2 подсемейств:

• Coronavirinae;
• Torovirinae.

Особый интерес для вирусологов представляет Coronavirinae. Это семейство включает в себя 4 рода вирусов:

• Alpha-;
• Beta-;
• Gamma-;
• Deltacoronavirus.

Род Betacoronavirus считается наиболее опасным для человека. Он содержит 4 подрода:

• A (включает бетакоронавирус 1 – BetaCoV 1, коронавирус человека – HCoV HKU1, коронавирус мышиных – MCoV, коронавирус кроликов – RbCoV HKU14);
• B (SARS-CoV);
• C (MERS-CoV, коронавирус нетопырей – Pi-BatCoV HKU5, косолапых кожанов – Ty-BatCoV HKU4);
• D (коронавирус ночных крыланов – Ro-BatCoV HKU9).

Torovirinae состоит из 2 родов:

• Torovirus;
• Bafinivirus.

Переносчиками большинства известных на сегодня коронавирусов являются млекопитающие.

Таинственная связь

В конце января доктор Ходкрофт и команда Nextstrain обратили внимание на ряд образцов с очень похожими геномами и зачастую с одинаковыми мутациями, но из восьми разных стран, включая Австралию, Новую Зеландию, Германию, Великобританию, США, Китай и Нидерланды.

Сначала ученые не смогли точно определить, откуда взялась эта необычная группа образцов.

«На графике они располагались очень близко друг к другу, – говорит Ходкрофт. – Это было неожиданно, потому что во всем остальном эти люди, казалось, не имели ничего общего. Но затем мы обнаружили, что несколько образцов из Австралии можно проследить до Ирана».

«Это было действительно важно, потому что в то время у нас не было образцов из Ирана. Но теперь мы могли с большой уверенностью сказать, что все эти люди заразились или в самом Иране, или от кого-то, кто недавно был в Иране»

Схема передачи 18 генетически сходных образцов Covid-19, все – из Ирана

Схема передачи 18 генетически сходных образцов Covid-19, все – из Ирана

Отслеживание генома – это мощный инструмент, потому что вирус мутирует относительно редко. Поэтому ученым достаточно даже нескольких образцов, чтобы понять, как вирус распространяется по целому региону.

Изучая эти образцы из Ирана, команда Nextstrain пришла к выводу, что все они не только были получены от одного случая заражения в Иране, но и что вся вспышка в стране, весьма вероятно, также началась от этого же зараженного человека.

С тех пор ученым удалось отследить вспышку в Иране до священного города Кум. Его ежедневно посещают тысячи туристов и паломников, и оттуда вирус распространился по всей стране менее чем за две недели.

Во время празднования Ид аль-Фитр в Иране молящиеся соблюдают нормы социального дистанцирования

Во время празднования Ид аль-Фитр в Иране молящиеся соблюдают нормы социального дистанцирования

С помощью отслеживания контактов и исследования генома ученые раскрыли истинную скорость и незаметность, с которой Covid-19 распространился по всему миру. Тем не менее, несмотря на все открытия за последние шесть месяцев, эксперты остаются на один шаг позади – они не могут предсказать, когда и где вирус появится в следующий раз.

Когда речь идет о сдерживании Covid-19, остается одна огромная проблема: уникальная способность вируса хаотично перемещаться через популяцию, иногда вызывая смертельные заболевания, но чаще – легкие симптомы или вообще никак не проявляя себя.

Будут ли эффективны вакцины, если вирус мутирует?

Известно, что коронавирус мутирует медленнее, чем вирус гриппа: по разным оценкам, в два раза медленнее или на треть. В связи с этим вакцина от коронавируса «вероятно, будет стабильной и эффективной дольше, чем вакцина против гриппа», – говорит в беседе с HuffPost почётный доцент и клинический вирусолог университета Лестера Джулиан Танг.

При этом пока неизвестно, как долго будет сохраняться приобретённый с помощью вакцины иммунитет, даже если она будет работать как следует, напоминает учёный. Эффективность вакцины может зависеть и от индивидуальных особенностей организма, так же, как и у вакцины против гриппа, говорит Танг.

Пока что учёные считают, что вакцины, разрабатываемые во всём мире для борьбы с первыми штаммами нового коронавируса, будут столь же эффективны и в отношении новых мутаций. Исследование австралийских и американских учёных, которое проводили с помощью компьютерного моделирования и опытов на хорьках, 8 октября опубликовал научный журнал NPJ Vaccines. Животным вводили потенциальную вакцину INO-4800, разработанную американской компанией Inovio Pharmaceuticals.

Большинство вакцин, разрабатываемых во всём мире, были смоделированы на основе исходного D-штамма вируса, который был более распространён среди последовательностей, опубликованных в начале пандемии, пояснили учёные.

С тех пор вирус мутировал в штамм G, вариации которого сейчас являются доминирующими по всему миру. У исследователей были опасения, что эта мутация негативно отразится на эффективности разрабатываемых вакцин.

Пока учёные склоняются к тому, что кандидаты на вакцину будут эффективны для любых штаммов коронавируса / Фото AFK Sistema

«Несмотря на мутацию D614G в шиповидном белке, мы подтвердили экспериментами и моделированием, что вакцины-кандидаты по-прежнему эффективны», – заявил один из авторов исследования, профессор Йоркского университета Сешадри Васан.

По словам учёного, обнаружилось, что наиболее часто встречающийся штамм G вряд ли потребует частого подбора новых вакцин, в отличие от гриппа, вакцину от циркулирующих штаммов которого разрабатывают каждый год.

Так как отличия штаммов, циркулирующих в России, минимальны они, скорее всего, не оказывают значительного влияния на структуру вирусных белков, говорит Любовь Козловская из центра имени Чумакова. Это, по её словам, делает возможным создание и применение вакцины от Covid-19, которую не придётся переделывать каждый год.

Не стоит забывать, что ни одна из разработок вакцин в мире пока не прошла третью фазу клинических исследований, в которых делается вывод о её эффективности.

В России эту стадию сейчас проходит вакцина центра имени Гамалеи «Спутник V». Две другие российские вакцины лишь готовятся к прохождению этой стадии.

Только после этих исследований, в которых примут участие десятки тысяч человек, можно будет делать выводы по поводу стойкости сформированного вакцинами иммунитета к коронавирусу.

Проникновение в клетку и жизненный цикл вируса

Для проникновения в клетки SARS-CoV-2 использует отростки своей короны. Они связываются с белками клеточной мембраны, используя их в качестве точки входа. Затем клетка сама поглощает вирус, образуя вокруг него небольшой пузырек.

После проникновения в цитоплазму вирус принуждает клеточные структуры синтезировать собственные белки, из которых затем образуются новые частицы. Полученные копии SARS-CoV-2 выходят наружу и заражают следующие клетки.

На самом деле, это очень упрощенная модель процессов. После заражения вирусом клетка приостанавливает синтез любых белков, включает программу самоликвидации и дает организму химический сигнал об опасности. В ответ включается сложная многоуровневая система обороны: окружающие клетки начинают защищаться от своей «заразной» соседки, ее яростно атакует иммунная система.

Если защитные механизмы включаются вовремя, то заражение, как правило, заканчивается лишь небольшой простудой или вообще проходит для человека незаметно.

К сожалению, у вирусов также имеется большой набор «лайфхаков», который позволяет им успешно выживать и размножаться. Например, они научились выключать программу самоуничтожения клеток и всячески мешают клеткам подавать «сигналы тревоги». Коронавирусы научились делать это особенно мастерски.

Невидимая угроза

Первая смерть от Covid-19 в Италии случилась не в одном из ее многочисленных шумных городов, а в маленькой изолированной деревне Во в регионе Венето. Здесь проживает около 3000 человек. Во (другое название Во Эуганео) располагается у подножия Эуганских холмов, национального парка менее чем в часе езды от Венеции.

Как только 21 февраля в стране было объявлено о первой смерти от вируса, местные власти приняли решение закрыть всю деревню и начали регулярно брать мазки у всех жителей, вне зависимости от наличия симптомов. С научной точки зрения, это создало уникальную ситуацию, когда несколько тысяч человек проходили многократное тестирование, находясь в изоляции.

Итальянские солдаты патрулируют периметр населенного пункта

Итальянские солдаты патрулируют периметр населенного пункта

Руководил расследованием местный микробиолог, доцент Энрико Лавеццо. Он объясняет, что наиболее важным выводом их исследования было то, что он называет «тихим распространением» вируса: неожиданно множество тестов на Covid-19 дали положительный результат, но симптомы у зараженных были слабые или вовсе отсутствовали.

«Более 40% людей, переносивших вирус, даже не осознавали, что могут заразить других. Это огромная проблема с точки зрения сдерживания такого заразного заболевания», – говорит профессор Лавеццо.

«Большинство людей с симптомами болезни останутся дома, но большинство людей без симптомов будут вести себя нормально. Они выходят на улицу, встречаются с людьми, вступают в тесный контакт с другими – даже не подозревая, что могут передать вирус другим».

Энрико Лавеццо ведет видеоконференцию из Падуи, Италия

Энрико Лавеццо ведет видеоконференцию из Падуи, Италия

Группа Лавеццо одной из первых выявила масштаб проблемы бессимптомных случаев. Другие исследования с тех пор дают оценки до 70%.

Другое удивительное открытие состояло в том, что из 3000 жителей села ни один ребенок в возрасте до 10 лет не дал положительного результата на Covid-19.

«Мы не утверждаем, что дети не могут заразиться. Это было доказано другими исследованиями. Но тот факт, что по крайней мере десяток из них жили с зараженными людьми, но сами не заразились, является необычным и требует дальнейшего изучения», – говорит Лавеццо.

Основная причина, по которой распространение Covid-19 не удается сдержать, заключается в том, что по сравнению с другими коронавирусами он способен охватить огромное количество людей, невольно помогающих его распространению.

Как вирус мутировал в России?

«Общее число мутаций, которые в совокупности выявлены в секвенированных геномах вируса SARS-CoV-2, составляет многие тысячи, однако только единичные из них зафиксировались и стабильно наследуются», – пояснили в «Роспотребнадзоре». Сейчас насчитывается около 22 таких единичных мутаций, они произошли в январе-марте этого года. Позднее новые штаммы уже широко не распространялись, считают в ведомстве.

В начале эпидемии в России в геноме вируса стабильно зафиксировались три основные группы мутаций, которые сформировали, по данным исследования «Роспотребнадзора», три ветви эволюционного развития. К концу марта 2020 года развитие этих трёх направлений замедляется, и основными циркулирующими в стране стали штаммы с мутацией в гене ORF1b (P314L) и S (D614G).

Эти две мутации стали самым существенным устойчивым изменением в геноме вируса SARS-CoV-2, подчёркивается в исследовании. В «Роспотребнадзоре» считают, что мутация в гене S ассоциируется со снижением патогенности (способности вызывать заболевание, проникая в организм). Ведомство отмечает, что это можно объяснить и улучшением лечения больных в течение пандемии.

Влияние мутации в гене ORF1b (P314L) ещё мало изучено.

Изучением генома коронавируса в России занимаются научные центры «Вектор» и Чумакова. Эти же центры недавно разработали две потенциальные вакцины / Фото Kirill Kukhmart / Tass

«Вирусы мутируют постоянно, однако коронавирусы мутируют значительно медленнее по сравнению с другими РНК-вирусами», – рассказывает Любовь Козловская, заведующая лабораторией полиомиелита и других энтеровирусных инфекций федерального научного центра исследований и разработки иммунобиологических препаратов имени Чумакова.

Штамм S (D614G) сейчас является объектом пристального внимания учёных. Его впервые выявили в Индонезии в августе; тогда сообщалось, что этот штамм якобы в 10 раз более заразен, чем первоначальный штамм вируса.

Некоторые исследования, которые пока находятся на стадии препринта (то есть не отрецензированы и не опубликованы в научных изданиях), приходят к выводу, что у этой мутации действительно может быть более высокая инфицирующая способность, а вирусная нагрузка при инфицировании этим штаммом – более высокой. Но окончательных выводов по этому поводу нет.

Первые варианты вируса с распространёнными в России двумя мутациями выявлены в конце января в Китае, затем – в Австралии. В феврале эти варианты обнаружили в большинстве стран Западной Европы, Саудовской Аравии, США, Канаде, Мексике, Бразилии, Марокко и Сенегале.

Детальное сравнение геномов вируса на территории России и зарубежных стран говорит о том, что в стране циркулируют штаммы, завезённые из Западной Европы. Их завезли в марте и апреле 2020 года, отмечают в «Роспотребнадзоре».

» в течение этих девяти месяцев мутировал очень мало и не изменялся в тех его локусах, которые отвечают за проявления эпидпроцесса, за его, так скажем, агрессивность и злость», – заявила на прошлой неделе глава «Роспотребнадзора» Анна Попова. В ведомстве считают, что у вируса низкая способность к мутациям, он накапливает лишь около двух точечных замен в месяц, то есть за год может произойти около 24 мутаций.

В «Роспотребнадзоре» в ответ на запрос «Би-би-си» сообщили, что ежемесячно учёные ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» расшифровывают полностью более 150 геномов нового коронавируса. «Получаемые данные используются для анализа актуальности используемых диагностических тест-систем, помогают выявлять завозные случаи, оценивать региональные особенности генетического разнообразия SARS-CoV-2», – заявили в ведомстве.

Сейчас проводится секвенирование геномов вирусов и накопление данных в различных лабораториях по всему миру, в том числе и в центре Чумакова, рассказывает Козловская. Учёные, по её словам, проведут корреляции геномов вирусов с клинической картиной пациентов, от которых они выделены, что даст возможность пролить свет на значение наиболее распространённых мутаций.

Изучить влияние каждой конкретной мутации на клиническую картину заболевания Covid-19 сложно, признаёт она. Учёным предстоит изучить значение каждой конкретной мутации для структуры мутантных белков, а также определить роль этих мутаций в развитии клинических симптомов и поражения лёгких в экспериментах на животных.

В «Векторе» не ответили на вопросы «Би-би-си» относительно процесса изучения штаммов коронавируса. Там, как и в ФНЦИРИП имени Чумакова, на данный момент разработали и анонсировали новые вакцины от SARS-CoV-2, которые ждут клинических исследований.