Истоки пандемии covid-19: экология и генетика коронавирусов (betacoronavirus: coronaviridae) sars-cov, sars-cov-2 (подрод sarbecovirus), mers-cov (подрод merbecovirus)

Введение

Коронавирусы (CoV, семейство Coronaviridae) представляют собой обширное семейство зоонозных РНК-содержащих вирусов, инфицирующих широкий круг позвоночных, включая млекопитающих, птиц и земноводных. Семейство Coronaviridae принадлежит к отряду Nidovirales и по современной таксономии включает два подсемейства и 8 родов. Коронавирусы человека и животных принадлежат подсемейству Orthocoronavirinae, в которое входят 5 родов и 33 подрода (рис. 1) . Многие короновирусы вызывают тяжёлые заболевания домашних и сельскохозяйственных животных, тогда как у своих основных хозяев в дикой природе вызывают в основном бессимптомную, персистирующую инфекцию. Коронавирусы двух родов (Alphacoronavirus и Betacoronavirus) способны инфицировать человека и вызывать у людей тяжёлые заболевания .

Альфакоронавирусы (HCoV-229E) активно циркулируют среди людей и участвуют в сезонном подъёме заболеваемости острыми респираторными вирусными инфекциями (ОРВИ), наряду с другими респираторными вирусами . По разным оценкам, доля коронавирусов в структуре ОРВИ может достигать 10–15%, особенно среди детей. В России в эпидемический сезон с октября 2018 г. по апрель 2019 г. доля коронавирусов среди лабораторно диагностированных случаев ОРВИ составляла 4,6–9,4% .

До 2002 г. коронавирусы человека рассматривались как вирусы сезонного ОРВИ, не вызывающие серьёзных осложнений. В ноябре 2002 г. в сельской местности провинции Гуандун (КНР) возникла вспышка заболевания, получившего название «тяжёлый острый респираторный синдром» (ТОРС, SARS), с 11% летальностью, вызванная новым, неизвестным ранее коронавирусом. Вирус – возбудитель ТОРС получил название SARS-CoV и позднее был отнесён к новому виду Severe acute respiratory syndrome-related coronavirus в составе рода Betacoronavirus (подрод Sarbecovirus) . В сентябре 2012 г. на Ближнем Востоке (Саудовская Аравия, Оман), с последующим заносом в ряд других стран, начали регистрировать случаи тяжёлого респираторного заболевания, названного «ближневосточный респираторный синдром» (БВРС, MERS), вызванного другим ранее неизвестным коронавирусом (MERS-CoV), классифицированным как новый вид (Middle East respiratory syndrome related coronavirus) в составе рода Betacoronavirus (подрод Merbecovirus) . Случаи инфекции MERS регистрируются и в настоящее время. На декабрь 2019 г. были подтверждены 2484 случая, из них 857 (34%) закончились летально . В конце ноября 2019 г. в г. Ухань (провинция Хубэй, КНР) зарегистрирована вспышка респираторного заболевания, позднее получившего название COVID-19 (от англ. Coronavirus infectious  desease), вызванная третьим, ранее неизвестным коронавирусом . Генетические исследования показали, что этиологический агент COVID-19 является близкородственнымвирусу SARS CoV(2002–2003 гг.) и относится к тому же виду Severe acute respiratory syndrome-related coronavirus рода Betacoronavirus. В этой связи вирус получил название SARS-CoV-2 . В настоящее время ВОЗ объявлена пандемия COVID-19. На 25 апреля 2020 г. общее число инфицированных в мире превысило 2,7 млн человек, число летальных случаев превысило 196 тыс.

Рис. 1. Структура родов подсемейства Orthocoronavirinae семейства Coronaviridae с указанием видов животных, которых они инфицируют.Fig. 1. List of genera of the subfamily Orthocoronavirinae of the family Coronaviridae, indicating vertebrate animals they infect.

Особая ветка

Китаянка Ши Чжэнли уже известна читателям «Известий» по статье «Дело вирусологов», опубликованной 23 марта. Она была ключевой фигурой исследований 2015 года, связанных с созданием химерного коронавируса, демонстрирующего свою способность заражать клетки человека. С ее именем связывают также предположения о будто бы искусственной природе SARS-CoV-2. На данный момент они не подтверждены ни одним прямым доказательством.

Не так давно исследовательница опубликовала статью «Открытие нового коронавируса, связанного с недавней вспышкой пневмонии у людей и ее потенциальным происхождением от летучей мыши» в журнале Nature, где объявила о найденном в коллекции собственной лаборатории Института вирусологии в городе Ухань образце коронавируса RatG13, который был изолирован (выделен и помещен в коллекцию. — «Известия») в 2013 году из летучей мыши.

В статье написано, что, согласно двум проведенным анализам, которые определяют степень сходства или различия одного генома по отношению к другому, можно утверждать, что образец RatG13 с общей идентичностью последовательности генома на 96,2% является ближайшим родственником SARS-CoV-2 и образует с ним отдельную эволюционную ветку, отличаясь от других коронавирусов SARS.

н3

«Известия» обратились к Ши Чжэнли с вопросом о том, почему она решила опубликовать эти данные, но на момент выхода статьи ответа не получили.

Специалист по коронавирусам, заведующий лабораторией экологии микроорганизмов ДВФУ (вуз — участник проекта повышения конкурентоспособности «5-100») Михаил Щелканов объяснил, что данная публикация — вполне логичный шаг.

— Я понимаю, почему Ши Чжэнли опубликовала сейчас работу про RatG13. Этим она хочет сказать: у меня есть вирус от летучей мыши, он взят из дикой природы. Если вы мне не верите, пойдите в дикую природу и найдите. Для нее эта публикация — доказательство того, что вирус не был создан искусственно, — считает эксперт.

По мнению Михаила Щелканова, в ситуации, когда правительства США и стран-сателлитов готовятся предъявить претензии Китаю из-за пандемии, это поведение вполне понятно. Ученые из КНР демонстрируют, что они ничего не создавали, а активно занимались мониторингом коронавирусов на территории своей страны. И что они не просто могут, а обязаны это делать в интересах всего человечества, добавил специалист.

Филогения рода Betacoronavirus

К настоящему времени описаны несколько десятков бетакоронавирусов летучих мышей, филогенетически близких к зооантропонозным эпидемическим вирусам. На филогенетических деревьях эти вирусы формируют две ветви, которые представляют два подрода (Sarbecovirus и Merbecovirus) в составе рода Betacoronavirus. Геном коронавирусов представлен одной нитью РНК позитивной полярности, которая кодирует от 11 до 14 генов, включая белки полимеразного комплекса, структурные белки вириона и несколько неструктурных белков. В целом геномы вирусов летучих мышей на 75–95% схожи с геномами вирусов SARS, SARS-2 и MERS. Все они имеют схожую структуру генома, с некоторыми вариациями в составе неструктурных, вспомогательных протеинов. Генетический анализ показывает, что между известными штаммами SARS-подобных вирусов летучих мышей происходили многочисленные рекомбинации, в результате чего осуществляется постоянный обмен фрагментами различных генов.

Прогноз

Поскольку распространение коронавируса не удалось локализовать и он выявлен практически во всех странах мира, учеными рассматривается три сценария окончания пандемии:

1. Благодаря карантинным мерам все пораженные вирусом страны смогут одновременно остановить распространение заболевания и очаги эпидемии удастся ликвидировать. Учитывая масштабы распространения COVID-19 (интерактивная карта коронавируса) и проблемы с массовым тестированием населения, этот сценарий выглядит маловероятным.
2. Коронавирус пройдет по миру и после эпидемии останется достаточное количество людей с иммунитетом, поэтому в конечном итоге SARS-CoV-2 не сможет найти себе жизнеспособных хозяев (по примеру пандемичного гриппа). Недостатком этого сценария является более высокая заразность коронавируса и более высокая смертность – насколько опасен коронавирус, показывает статистика в реальном времени. Последствием данного сценария будет большое количество жертв и разрушенные системы охраны здоровья.
3. Устранение очагов эпидемии до момента изобретения вакцины от коронавируса и массовая вакцинация. Этот сценарий займет несколько лет, несмотря на рекордные сроки изобретения вариантов вакцин и начала первых клинических испытаний (между определением нуклеотидной последовательности данного коронавируса и началом первых клинических испытаний прошло всего 63 дня). Разработка проверенной вакцины займет по подсчетам ученых от 12 до 18 месяцев, после чего начнется этап изготовления, доставки и введения, что тоже требует времени.

Так как в настоящее время неизвестны сезонность и длительность иммунитета к коронавирусу, прогнозы со временем будут корректироваться.