Выявлен скрытый ген в геноме, влияющий на распространение коронавируса

Как викинги червей победили

Примерно так же развилась наследственная предрасположенность к эмфиземе легких — заболеванию, при котором альвеолы теряют эластичность, газообмен ухудшается и начинается дыхательная недостаточность. Диагноз распространен среди скандинавов и практически не встречается у выходцев из Азии.

Объяснение простое: мутация, повышающая риск развития этой болезни, впервые появилась у викингов как побочный эффект защиты организма от гельминтов. К такому выводу пришли британские исследователи, изучившие палеогенетические данные и ДНК современных людей.

Археологические раскопки древних скандинавских поселений показывают: викинги часто страдали от паразитов, в том числе шистосом — плоских червей, которые обитают в венозной крови и повреждают внутренние органы. Заражение, как правило, происходит через воду — когда человек купается или пьет.

Вероятно, выходом для древних скандинавов стала мутация гена альфа-1-антитрипсина, которая со временем все чаще встречалась в их популяции. Этот белок защищает ткани от повреждения собственным ферментом — трипсином.

Эта мутация сопутствует варианту гена иммуноглобулина Е, который кодирует его изоформу IgE-tp. Соединяясь с мутантным антитрипсином, она не разрушается под действием ферментов, вырабатываемых паразитическими червями. А вот обычная молекула иммуноглобулина E не может им противостоять.

В лабораторных условиях исследователи заражали клетки крови шистосомами. Среди них были биологические образцы пациентов с диагностированной эмфиземой легких и здоровых людей. Как и ожидалось, первые успешнее противостояли паразитам.

Лихорадка от чумы

Среди населения Средиземноморья, выжившего после чумных эпидемий в Средние века, были носители редкой тогда мутации в гене, отвечающем за выработку пирина — белка, вызывающего выделение провоспалительных цитокинов. В организме образовывался дефектный белок, который не давал чумной палочке Yersinia pestis подавить воспалительный ответ иммунитета. Неудивительно, что мутация закрепилась и распространилась в регионе: сегодня там каждый десятый — носитель мутантного варианта гена.

Обратной стороной приобретенной противочумной защиты стала средиземноморская лихорадка — наследственная аутоиммунная болезнь, симптомы которой — высокая температура и острые боли, как при воспалении кишечника.

По данным международной команды ученых, изучивших геномы более двух тысяч жителей современной Турции, мутации могли возникнуть около двух-трех тысяч лет назад. Однако отбор по ним начал действовать позже — во время первой (541—767 годы) и второй (1346—1875 годы) пандемий чумы. Причем вторая сильнее повлияла на закрепление мутаций.

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.

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.

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.

Открытый геном работает после заражения

Согласно открытию ученых, подозрительный геном начинает действовать после попадания коронавирусной инфекции в клетку. Обнаружить его удалось, воспользовавшись уникальным алгоритмом, цель которого – именно выявление «перекрывателей». Этот ген стал называться ORF3d.

«Мы еще не в курсе его функциональности и клиники», – заявил профессор Ч. Нельсон.

При этом эксперты обратили внимание, что выработанные антитела к COVID-19 дают реакцию на белок под кодом генома ORF3d. Поэтому был сделан вывод, что белок образуется, когда вирусная инфекция уже в человеческом организме

Эксперты России и Америки не исключают, что обнаруженный ген играет роль при распространении нового вирусного заболевания. Они занимаются его тщательным изучением.

Читайте далее:

Особенности хранения вакцины от коронавируса Pfizer могут усложнить ее распространение

Лекарства от давления влияют на течение коронавируса: специалисты разъясняют причины

В России выявлено несколько фирм, занимавшихся выдачей поддельных тестов на COVID 19

Мне нравится1Не нравится

Фильтр:
Все
Ждет ответа
СортировкаПросмотрыОтветовГолоса

Можно ли носить контактные линзы при коронавирусе?

Дмитрий 1 месяц

7334 просм.

1 ответ.

голос.

Можно ли заразиться через открытую рану?

Мария 1 месяц

6163 просм.

4 ответ.

1 голос.

Переносят ли комары коронавирус?

Фёдор Исаев 1 месяц

6060 просм.

6 ответ.

-4 голос.

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.

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.

Стоит ли бояться мутаций?

Основной вопрос, который стоит перед учёными в связи с мутациями коронавируса, – это способность вакцины сформировать иммунную защиту, которая будет одинаково устойчива к разным штаммам. Важен также вопрос различий в воздействии на инфицированного: например, могут ли одни штаммы быть заразнее других.

Из заявлений «Роспотребнадзора» следует, что мутации вируса не так страшны. Но в научной литературе уже сообщалось о нескольких случаях повторного заражения коронавирусом.

Чтобы признать заражение повторным, учёные каждый раз проверяют генетический состав возбудителя и убеждаются, что штамм вируса отличается от того, что вызвал заболевание в первый раз – иначе нельзя с уверенностью утверждать, что это именно вторичная инфекция, а не затянувшийся первичный случай.

Голландское информагентство BNO ведёт счётчик всех повторных заболеваний, о которых когда-либо сообщалось, сопроводив каждый ссылкой на источник. Согласно информации агентства, в мире известно о 24 случаях повторного заражения, одно из них стало смертельным»: умерла 89-летняя пациентка из Нидерландов с онкологическим заболеванием.

Повторные заражения происходили также в Гонконге, Бельгии, США и Эквадоре.

Однако, по её словам, это не означает моментальное изменение эпидемиологической ситуации с Covid-19.

В октябре в журнале Lancet было опубликовано исследование, описывающее два случая повторного заражения коронавирусной инфекцией. У одного из пациентов из штата Невада, США, после повторного заражения болезнь протекала тяжелее. 25-летнему больному потребовалась госпитализация из-за кислородной недостаточности, компьютерная томография выявила у него наличие вирусной пневмонии.

Учёные выяснили, что он заразился другим штаммом, генетически отличным от прошлого возбудителя болезни. «Таким образом прошлое воздействие SARS-CoV-2 может не гарантировать полного иммунитета», – делают вывод учёные

Они напоминают, что все люди, независимо от того, был ли у них ранее диагностирован коронавирус или нет, должны принимать одни и те же меры предосторожности

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.

Отслеживание контактов

Вспышка на рынке

На Хуананьском рынке морепродуктов, расположенном в новой части города, розничные торговцы со своих маленьких прилавков торговали всем подряд – от живой птицы до рыбы, рептилий и диких животных.

Но в последние недели декабря 2019 года, когда предупреждения о возможной вспышке вируса зазвучали все громче, врачи впервые обратили внимание на новую закономерность – большинство их пациентов работали на рынке морепродуктов в Хуанане.

31 декабря Уханьская комиссия здравоохранения представила первый официальный отчет в Пекин. На следующий день рынок закрылся на карантин.

Полицейские возле оптового рынка морепродуктов в Хуанане

Полицейские возле оптового рынка морепродуктов в Хуанане

Сегодня ученые единогласно соглашаются, что рынок морепродуктов стал очагом крупной вспышки, но кажется маловероятным, что вирус впервые появился именно здесь.

Пробы на Covid-19, взятые как у людей, так и у живых животных на рынке, с тех пор дали положительный результат. Тем не менее, как утверждают медицинские исследователи в Ухане, самый ранний случай заболевания коронавирусом среди людей впоследствии был обнаружен почти на четыре недели раньше, чем вспышка на рынке: пожилой мужчина из Уханя, у которого симптомы появились уже 1 декабря 2019 года, не имел отношения к рынку морепродуктов.

Симптомы Covid-19 были обнаружены уже 1 декабря

Симптомы Covid-19 были обнаружены уже 1 декабря

Еще в январе, когда работники здравоохранения в Ухане наблюдали стремительный рост заболевания в городских больницах, никто не мог предсказать, с какой ужасающей скоростью вирус распространится не только по Китаю, но и по всему азиатскому континенту, а затем и миру.

11 января, спустя всего девять дней после первой зарегистрированной смерти пациента с Covid-19, новые случаи уже были зарегистрированы в Японии, Южной Корее и Таиланде.

И так началась погоня за убийцей, в которой, несмотря на все мировые достижения в области медицины и технологий, мы все время отставали на шаг…

Защита от защиты

По мнению британских ученых, некоторые мутации SARS-CoV-2 линии B.1.1.7 говорят о том, что вирус научился избегать нейтрализующей активности моноклональных антител. Другими словами, увиливать от иммунитета.— Те мутации, которые описаны в статье, могут влиять на эффективность вакцинации, — считает руководитель лаборатории геномной инженерии МФТИ Павел Волчков. — Безусловно, нескольких отдельных мутаций будет недостаточно, чтобы уйти от иммунитета, формирующегося вакциной, но это очень серьезная предпосылка.

Брат SARS-CoV- 2:

Фото: Global Look Press/COVER Images

Ученый считает, что описанный вариант патогена способен и к новым мутациям, которые улучшат связь с рецептором АСЕ2 и одновременно позволят уйти от иммунитета. Это редко для вирусов, уточнил Павел Волчков. Обычно происходит наоборот: чтобы уйти от иммунитета, вирус вносит мутации, которые ухудшают функции белков, пояснил он. Впрочем, считает эксперт, существующие вакцины можно доработать.

— Например, «Спутник V» и «АстраЗенеку» будет довольно легко апдейтить, — рассуждает Павел Волчков. — Нужно внести те же самые мутации в спайк-белок. И вуаля — новая вакцина готова. Думаю, что и этого может не понадобиться.

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.

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.