Как мутировал коронавирус

До появления первых сообщений о новом гриппоподобном заболевании в провинции Хубэй в Китае, летучая мышь или , возможно , целая колония мышей, летала по региону, распространяя новый тип коронавируса. В то время вирус еще не был опасен для человека. Затем, в конце ноября, он подвергся небольшой дополнительной мутации, превратившись в вирусный штамм, который мы теперь называем SARS-CoV-2. С этим изменением вирусной РНК началась пандемия COVID-19.

Как и почти во всех вспышках, мутации, которые вызвали этот глобальный кризис, поначалу оставались незамеченными, хотя уже известно, что семейство коронавирусов вызывает множество заболеваний человека.

«Эти вирусы давно недостаточно изучены, и им не уделяется должного внимания или средств, которых они заслуживают»,

Крейг Вилен, вирусолог из Йельского университета.

Коронавирус летучих мышей вызвал вспышку атипичной пневмонии, которая привела в ужас большую часть мира и убила 774 человека в 2002 и 2003 годах, прежде чем она была локализована. С тех пор регулярно возникали вспышки респираторного синдрома на Ближнем Востоке. Тогда его назвали MERS, он вызван другим коронавирусом летучей мыши, а инфицирование происходило через верблюдов. С 2012 года погибло 884 человека. Тем не менее, большинство исследований потенциальных пандемий по-прежнему были сосредоточены на вирусах гриппа, таких как птичий грипп, поскольку они ежегодно приводят к гибели людей.

Летучие мыши (например, подковообразная летучая мышь, широко распространенная в Китае) носители десятков вирусов семейства коронавирусов. Большинство вирусов живут в гармонии со своими хозяевами и не причиняют им вреда.

Несколько ученых пытались бить тревогу. В исследовании 2015 года эпидемиолог Ральф Барик и его коллеги из Университета Северной Каролины проанализировали геномы коронавирусов летучих мышей и предупредили:

«Наша работа предполагает потенциальный риск повторного появления SARS-CoV из вирусов, циркулирующих в настоящее время в популяциях летучих мышей».

В следующем документе из той же группы в следующем году предупреждали, что еще одно SARS-подобное заболевание коронавирусов летучих мышей «готово к появлению человека».

Летучие мыши хорошо известны как хранилище потенциальных новых заболеваний для человека. Животные несут десятки, возможно, сотни представителей семейства коронавирусов. Большинство из этих вирусов являются частью нормального микробиома летучих мышей, которые живут в гармонии с хозяевами и не причиняют вреда. Но коронавирусы, как и все формы жизни, накапливают случайные генетические изменения по мере своего размножения. Время от времени мутации позволяют вирусам заражать других животных (включая людей) и добиваться большой победы в естественном отборе: производить все больше потомков.

Принцип и строение коронавируса

Выступы в виде ножек-щупалец дают вирусу его имя: «Корона». Измененные шипы позволяют вирусу фиксироваться на белке под названием ACE2, который выстилает дыхательные пути. Связанный вирус, ответственный за эпидемию атипичной пневмонии, использует аналогичный механизм заражения, как и другой коронавирус летучей мыши, вызывающий обычную простуду у людей.

Вторая ключевая мутация позволила коронавирусу вырастить белковый кинжал, называемый фурин, который может прорезать другие белки, чтобы заставить вирус прочно связываться с клетками в горле и легких.

Настолько заразным и смертельным для человека вирус COVID-19 сделал белок фурин . В этом смысле SARS-CoV-2 аналогичен сибирской язве и различным птичьим гриппам, которые также полагаются на фурины для инфицирования.

Две критические мутации в коронавирусе летучих мышей привели к появлению COVID-19.

Эти мутации могли произойти, пока вирус циркулировал у летучих мышей. Также возможно, что одна или обе мутации могли произойти у человека, который был заражен более ранней версией вируса, но у которого не было симптомов. Скорее всего, между летучими мышами и людьми существовал промежуточный хозяин. Панголин, существо, признанное в Китае за его мясо и за предполагаемую лекарственную ценность, является первым кандидатом. Эпидемиологи подозревают, что кто-то купил ящера на одном из приморских рынков в Ухани и заразился, употребляя его и вызвав цепную реакцию.

На данный момент эта история появления COVID-19 является гипотезой. Возможно, что мы никогда не узнаем, потому что у нас недостаточно образцов вирусов летучих мышей, людей и потенциальных промежуточных хозяев. Но повествование согласуется с тем, каким образом большинство патогенов переносятся между видами. Этот процесс скачкообразного изменения видов, называемый зоонозом, является причиной 60 процентов болезней человека и 75 процентов вновь возникающих инфекций.

Эта гипотеза также согласуется с подробными новыми исследованиями вируса с использованием инструментов генетической эпидемиологии. Каждый геном мутирует с предсказуемой фоновой скоростью. Большинство мутаций не оказывают существенного влияния на биологию организма, но ход генетических изменений позволяет ученым сконструировать порядок, в котором разные штаммы или виды отличаются друг от друга. Имея эту информацию в руках, они могут затем построить филогенетическое дерево – диаграмму ветвления, которая изображает эволюционные отношения.

10 января группа китайских и австралийских исследователей опубликовала первую последовательность нового вируса, причины вспышки в Ухане, на GenBank, общедоступном источнике генетических данных. Вскоре публикуют другие последовательности из Ухани, позволившие конструировать филогенетическое древо вируса, которое мы теперь называем SARS-CoV-2.

Если вспышка была вызвана несколькими вирусами, появившимися из разных источников, генетическое разнообразие было бы значительным.

С самого начала было ясно, что геномам nCoV не хватает ожидаемого генетического разнообразия, которое будет происходить при повторных зоонозных переходах из разнообразных животных резервуаров

Исследования вируса продвигались быстро. 13 января первые случаи заболевания COVID-19 появились за пределами Китая, в Таиланде. Добавив эти два случая в свою базу данных, ученые пришли к выводу, что мир столкнулся со вспышкой одной смертельно новой болезни.

Заключение об устойчивом распространении от человека к человеку стало трудно игнорировать 17 января, когда новые геномы коронавируса из двух случаев тайского путешествия, которые сообщили о том, что ни одна экспозиция на рынке не продемонстрировала такое же ограниченное генетическое разнообразие.

Эти геномные данные являются одним из первых и наиболее убедительных признаков устойчивого распространения эпидемии. Когда это стало ясно, были предупреждены чиновники общественного здравоохранения.

Но почти никто не слушал предупреждений. Игнорирование масштабности бедствия и ограниченное тестирование было поразительным. Соединенные Штаты не объявляли чрезвычайное положение до 13 марта.

В настоящее время исследователи пытаются помочь на следующих этапах сдерживания и борьбы с пандемией COVID-19. Для этого создан проект под названием Nexstrain, который отслеживает множество патогенных микроорганизмов, включая грипп, туберкулез, вирус Западного Нила, а теперь и SARS-CoV-2. По состоянию на 20 марта филогенетическое дерево для SARS-CoV-2 включало 855 последовательностей генома различных штаммов. Генетические последовательности, занесенные в каталог Nexstrain и другие геномные базы данных, позволят специалистам по инфекционным заболеваниям отслеживать любые вызывающие беспокойство изменения в вирусе.

Пока что нет никаких признаков того, что вирус становится более смертоносным или заразным. С точки зрения эволюции, SARS-CoV-2 уже делает большую работу по распространению. Вирусы будут продолжать делать свое дело, пока они не будут остановлены или пока они не убьют своих хозяев.

Модель того, как COVID-19 может измениться, основана на ВИЧ / СПИДе.

Хотя ни одна из мутаций COVID-19 не выглядит особенно важной, есть несколько вещей, на которые стоит обратить внимание. Особое внимание стоит уделить мониторингу любых мутаций в белке вируса, которые будут иметь большое значение для разработки вакцины.

Сезон гриппа иллюстрирует потенциальное влияние вирусных мутаций. Вирусы гриппа постоянно заражают людей, потому что белки на их поверхности постоянно меняются. Ваша иммунная система не может распознать перетасованные белки вирусов, поэтому вам нужно делать новую прививку от гриппа каждый год. К счастью, SARS-CoV-2 немного отличается. Вирусы гриппа имеют гораздо меньший набор генов, и они постоянно циркулируют между несколькими видами – свиньями, птицами и людьми. Оба признака делают мутации более вероятными при гриппе, чем у коронавирусов, которые содержат один из самых больших вирусных геномов РНК и которые гораздо реже проникают через видовые барьеры.

Лучшая модель того, как COVID-19 может измениться, основана на самой большой пандемии современности: ВИЧ / СПИД. Благодаря нескольким работам по геномной эпидемиологии, мы знаем, что предок ВИЧ жил безобидно у обезьян, прежде чем прыгать на шимпанзе, вероятно, в результате неуместной еды. У шимпанзе вирус превратился в нечто, похожее на современный ВИЧ. Около 1931 года СПИД впервые появился у человека на юго-западе Камеруна; возможно, кто-то порезался  разделывая шимпанзе. ВИЧ встречался достаточно редко среди жителей африканских деревень до тех пор, пока не попал в город Киншасу Демократической Республики Конго. Как только он достиг городских условий, передача вируса приобрела взрывной характер по всему миру.

Когда в 1981 году был обнаружен ВИЧ, многие опасались, что он превратится в нечто более смертоносное, возможно, в воздушную форму. Тогда никто не знал, что вирус существует уже четыре десятилетия, не сильно изменившись. Еще четыре десятилетия спустя ВИЧ не стал более смертоносным или заразным, но все же заразил 75 миллионов человек и убил 32 миллиона. Это отрезвляющие цифры, когда мы сталкиваемся с другой болезнью, которая перешла от животных к людям. Даже если вирус COVID-19 оказывается медленно меняющимся, как и ВИЧ, могут потребоваться годы, чтобы полностью взять его под контроль. И еще много вспышек заболеваний, связанных с распространением видов, вероятно, связано с ростом населения и посягательством человека на дикую среду обитания.

И вскоре после начала нынешней вспышки китайское правительство прекратило продажу живых животных для пищевых и лечебных целей на слабо регулируемых приморских рынках.

С другой стороны, Китай сделал то же самое после вспышки атипичной пневмонии, когда эпидемиологи пришли к выводу, что вирус зародился у летучих мышей и распространился через похожее на кошку животное, называемое циветой, также продаваемое на приморских рынках. За прошедшие годы традиции и коррупция незаметно привели к открытию таких рынков.