"Болезнетворность SARS-CoV-2 снизится". Ученый — о мутации коронавируса

Обо всем этом мы побеседовали с вирусологом Александром Горбаленей, профессором факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ имени М. В. Ломоносова и медицинского центра Лейденского университета (Нидерланды).

— Александр Евгеньевич, вы предлагаете рассматривать изменчивость генома SARS-CoV-2 в контексте родственных ему коронавирусов и даже шире — нидовирусов, особой группы РНК-вирусов. Объясните, пожалуйста, что это нам дает?

— Сейчас главным образом секвенируют и изучают геномы вариантов SARS-CoV-2, циркулирующих в человеческой популяции и некоторых животных, заразившихся от людей. Но у этого вируса большой круг родственников среди нидовирусов, инфицирующих самые разные живые организмы, не только людей. И среди них наблюдается изменчивость гораздо большего масштаба. Анастасия Гуляева, недавно защитившая диссертацию в моей группе, и я подготовили обзор некоторых закономерностей изменчивости геномов нидовирусов. Мы надеемся, что он будет полезен для исследователей SARS-CoV-2.

Нидовирусы — особая группа (порядок) РНК-вирусов, объединяемых наличием семи белковых доменов, которые контролируют репродукцию вируса в зараженной клетке. Они инфицируют млекопитающих, включая человека, птиц, пресмыкающихся, земноводных, рыб и разнообразных беспозвоночных. К ним относятся семейство коронавирусов, в частности SARS-CoV-2, и 13 других семейств. У нидовируса ленточных червей самый большой геном среди РНК-вирусов. Геном нидовирусов содержит информацию о неструктурных белках, отвечающих за репликацию и экспрессию генома в цитоплазме, структурных белках вирионов, а также белков, оказывающих влияние на системы жизнедеятельности клетки и всего организма. Генетический аппарат нидовирусов заключен в вирионы с мембранной оболочкой.

— У всех нидовирусов сходная геномная организация, хотя некоторые позиции (нуклеотиды) мутировали десятки, сотни раз. Это говорит о том, что имеются значительные ограничения на изменчивость, например, перестановку генов. Нам известны считанные случаи перестановок, и все касаются вспомогательных генов, хотя более ста известных видов нидовирусов выделены от разных организмов — позвоночных и беспозвоночных, которые эволюционировали независимо и разошлись от общего предка, возможно, сотни миллионов лет назад. Это справедливо и для SARS-CoV-2. Наоборот, есть районы, которые меняются наиболее часто у разных нидовирусов, и можно ожидать, что и у SARS-CoV-2 они способны изменяться при определенных условиях.

— В нашем обзоре мы обращаем внимание на то, что даже в белках, ключевых для репродукции коронавируса, произошли мутации консервативных аминокислот при обстоятельствах, которые мы пока не реконструировали. Речь идет о ферментах репликации — РНК полимеразе, нуклеотидилтрансферазе или протеазе. Это все мишени для лекарств. Разработчики нацеливаются на них, поскольку их инактивация в экспериментах приводила к потере жизнеспособности вируса. Понимание того, что мутации могут быть в активных центрах этих ферментов и при этом вирусы выживают в природе, важно для разработки противовирусных препаратов.

Вирусная частица SARS-CoV-2. РНК заключена в мембранную оболочку с белками-шипами

Depositphotos / NutkinsJ

— Мутируют ли вирусы из-за лекарств, как это происходит с антибиотикорезистентными бактериями?

— Без мутаций жизнь была бы невозможна. Они постоянно случаются у всех организмов, однако не все передаются потомству. Использование целенаправленных лекарств против вируса или бактерии может приводить к положительному адаптивному отбору из случайно возникающих мутаций, таких, которые придадут микроорганизму устойчивость к этим препаратам. В отсутствие лекарств эти мутации были бы отброшены так называемым негативным естественным отбором или в силу других причин.

— Обычно вирус изучают в культуре клеток, вносят туда вещества, которые ингибируют его размножение. Одно из направлений исследований при разработке антивирусных препаратов — отбор наиболее устойчивого вируса. Заражают клетку вирусом в присутствии ингибитора и смотрят, какой потомок вируса лучше размножается. Затем анализируют, какие изменения в его геноме произошли, чтобы понять, насколько легко вирус уходит из-под воздействия ингибиторов и что для этого требуется. Это помогает понять, как вирус размножается и как это вещество взаимодействуют с ним, позволяет улучшить свойства антивирусного препарата. Дальше исследования переносят на животных. В организме изучаемое вещество может претерпевать изменения, и вирус сталкивается со многими новыми препятствиями для размножения, поэтому результаты экспериментов на культуре клеток и животных могут отличаться. К клиническим испытаниям переходят только после предварительных успешных экспериментов и тогда, когда есть достаточно высокая уверенность в безопасности исследуемых веществ.

Такие работы делали при разработке высокоэффективных лекарств от ВИЧ и вируса гепатита C, тоже относящихся к РНК-содержащим вирусам. Вопрос о разработке ингибиторов коронавирусов вставал после эпидемии SARS 2003 года, но масштабы исследований были ограничены. Я не уверен, что тогда изучали "уход" вируса от ингибиторов ферментов систематически. Сейчас всплеск интереса к этому очень большой.

CC BY 4.0 / Anastasia A. Gulyaeva, Alexander E. Gorbalenya/BBRC /

— На фермах в Дании уничтожили несколько миллионов норок, зараженных SARS-CoV-2. У них обнаружили мутации, которые могут быть опасны, если перейдут к людям.

— У изолятов SARS-CoV-2, выделенных из норок в Дании, выявили ряд редких мутаций, в том числе вызывающих изменения аминокислот в S-белке (белок-шип, с помощью которого вирус проникает в клетку. — Прим. ред.). Нет данных о том, что эти мутации сделали вирус более болезнетворным или усилили его передачу между людьми. Поскольку норок в Дании было в три раза больше, чем людей, власти не хотели рисковать даже при отсутствии надежных данных о свойствах этих мутаций. В результате убили миллионы норок. Просто на всякий случай.

— Но известно же, что вирус скорее мутирует в организме какого-то животного, чем в человеке.

— Считается, что при перескоке какого-либо вируса от одного вида хозяев к другому, например, от человека к животному или обратно, может наблюдаться ускоренная эволюция этого вируса. Это происходит, только если для этого вируса новый хозяин существенно отличается от предыдущего. Принято говорить, что в таком случае вирус адаптируется к хозяину под действием положительного отбора. Важно, что мутации, которые этому способствуют, накапливаются неслучайным образом.

Мы видим, что SARS-CoV-2 очень медленно и случайным образом мутирует у людей без видимого положительного отбора. Люди норок уже много раз заразили в разных странах, и я не слышал, чтобы вирус в норках подвергался адаптивному отбору. Такое ощущение, что для этого вируса нет существенной разницы между размножением в норках или человеке. А значит, никаких специальных мутаций SARS-CoV-2 в норках, как и в людях, скорее всего, не будет, если условия взаимодействия этого вируса с его хозяевами не изменятся.

— В человеческой популяции широко распространился вариант коронавируса с мутацией в S-белке — D614G. Есть вероятность, что именно она позволила инфекции перейти на людей. Насколько я понимаю, интерес к мутациям в этом гене связан с тем, что они могут снизить эффективность вакцин, которые как раз используют S-белок или его фрагмент для вызова иммунного ответа.

— Речь идет о варианте замены аспартата на глицин в S-белке, чему посвящено огромное число статей. Какие-то различия между исходным и мутантным вариантами есть, их можно наблюдать при размножении вируса в культуре клеток, при рентгеноструктурном анализе пространственной структуры S-белка, но связаны ли они каким-либо образом с существенными изменениями болезнетворности и трансмиссивности — открытый вопрос. Таких данных пока нет. А людей волнуют как раз эти аспекты, болезнетворность даже больше, поскольку она может приводить к тяжелой форме болезни и даже смерти. Я думаю, что эта D614G-мутация возникла случайно, у нее нет никаких адаптивных преимуществ по сравнению с исходным вариантом. Очень маловероятно, что она влияет на патогенность.

— В интервью в мае вы говорили, что этот вирус может стать устойчиво циркулирующим в нашей популяции, как другие человеческие коронавирусы. Ваше мнение не изменилось?

— Весной мы наблюдали бесконтрольное распространение SARS-CoV-2, не могли его остановить. В этом смысле он должен был стать естественно циркулирующим вирусом, таким как четыре других коронавируса человека: HCoV-229E, HCoV-OC43, HCoV-HKU1 и HCoV-NL63. Я надеялся на то, что если это произойдет, болезнетворность SARS-CoV-2-инфекции для человека снизится со временем. Развитие болезни зависит в такой же степени от человека, как и от SARS-CoV-2. В большинстве случаев при заражении видимых последствий не наблюдается — это бессимптомная инфекция, реже развивается болезнь. Я надеюсь, что, встретившись с этим вирусом однажды или вакцинируясь, люди приобретут иммунитет, пусть очень слабый, но он повлияет на исход любого нового их взаимодействия с SARS-CoV-2. Сам вирус при этом может не измениться, а взаимодействие станет значительно менее болезнетворным. В такой ситуации передача этого вируса в человеческой популяции перестанет рассматриваться как инфекция, требующая чрезвычайных мер, которые введены сейчас во многих странах. Надеюсь, при этом средства на изучение SARS-CoV-2, коронавирусов и других нидовирусов продолжат выделять. Это важно, если мы хотим извлечь уроки из нынешней пандемии.