Наука 2 0 все вирусы
Обновлено: 06.05.2024
Новый коронавирус 2019 года появился около двух месяцев назад в Китае и уже наделал много шума. Что он собой представляет?
Код в белковой оболочке
Внутри клетки не существует двух одинаковых вирусов, они постоянно меняются. РНК-содержащие вирусы в буквальном смысле делают одну ошибку на каждый последующий геном. Поэтому не стоит удивляться, что постоянно возникают новые штаммы. Так получилось и с коронавирусом 2019 года, получившим официальное название 2019-nCoV.
Коронованный вирус
Первоначальным носителем 2019-nCoV были летучие мыши. Затем вирус — или напрямую, или через другое животное — попал к человеку. Надо сказать, что такой переход случается крайне редко, это происходит с одним из миллиона или даже миллиарда вирусов, для этого должно совпасть множество условий. Собственная вариативность каждого вируса не приводит, как правило, к возникновению новых летальных штаммов. Но совсем иная картина возникает, когда вирусу удается захватить новый для себя биологический вид. В этом случае дальнейший процесс происходит очень активно: иммунитет нового носителя не приспособлен к вирусу, он может быть гораздо более патогенным, вызывать серьезные осложнения и даже смерть. Кроме того, он быстро размножается.
Чаще всего от животных к людям переходят как раз коронавирусы. Их так называют, потому что на электронной микрофотографии или на срезе они напоминают корону. Этот вирус часто вызывает простуду и среди людей встречается достаточно часто.
Чтобы оценить опасность распространения того или иного заболевания, ученые пользуются понятием базового репродуктивного числа. По сути, оно обозначает, сколько в среднем человек заражает один заболевший. Если это число падает ниже единицы, распространение болезни прекращается. Для гриппа это число — 2, а для кори — 15. Вирус атипичной пневмонии 2003 года, SARS, имел базовое репродуктивное число 4. Такую же оценку получил и нынешний 2019-nCoV.
Однако, в отличие от вспышки заболевания 2003 года, в этот раз государства проявляют беспрецедентную открытость и активность в борьбе с новым врагом. Первый геном вируса был расшифрован всего через несколько дней. На данный момент уже известно около 30 геномов у человека и 100 — у летучих мышей.
Знание генома помогает при диагностике заболевания, оно позволяет за два-три дня разработать тест для точного определения вируса в крови. Такие тесты были оперативно разработаны в разных странах мира, включая Россию. А вот производство вакцины требует длительного периода времени, хотя для него тоже вполне достаточно иметь на руках расшифрованный геном. Проблема в том, что вакцина должна не только бороться с заболеванием, но и быть технологичной, безопасной и доступной по цене. Именно поэтому разработка и выпуск вакцины в среднем занимает не менее шести месяцев.
На текущий момент подтверждены 7834 случая заболевания 2019-nCoV, 7736 из них — в Китае. В общей сложности зафиксировано более 170 смертей, все случаи — также в Поднебесной. В России пока выявлено два случая заражения новой вирусной инфекцией. Как сообщила вице-премьер Татьяна Голикова, вирус диагностировали у двух граждан Китая, находящихся в Забайкальском крае и Тюменской области.
На сайте могут быть использованы материалы интернет-ресурсов Facebook и Instagram, владельцем которых является компания Meta Platforms Inc., запрещённая на территории Российской Федерации
-->
igor
Антибиотики и противовирусные препараты. Мы до сих пор зачастую путаем одно с другим. По сравнению с вирусом, бактерия — гигантский, высокоразвитый организм. Вирус же вообще трудно назвать "организмом", потому что он неживой. Крохотная белковая оболочка, внутри которой спрятан код ДНК или РНК. Вирус не в состоянии двигаться или питаться. Все, на что он способен — размножать свою ДНК или РНК единственно доступным ему способом: за счет клеток живых существ. Растений, животных или человека. Мы научились убивать бактерии при помощи антибиотиков. Но препаратов против вирусов до сих пор нет. Ведь нельзя убить то, что не является живым?
Как мутации вируса меняют его свойства?
Год назад мы с вами говорили о том, что вирус непрерывно мутирует, но мы не очень видим функционального эффекта этих мутаций — не замечаем, что эти мутации как-то изменяют его свойства. Но с тех пор ситуация действительно радикально изменилась, и те мутации, те новые изменения, которые приобретает сейчас этот вирус, действительно изменяют его свойства. Новые варианты, про которые мы все наслышаны, действительно имеют измененные свойства.
Сейчас мы самыми разными путями видим, что вирус эволюционирует под действием абсолютно дарвиновского естественного отбора. Приобретенные мутации делают его более приспособленным к жизни и к размножению в человеческой популяции, позволяют ему быстрее передаваться от одного человека к другому или же уходить от выработанного у нас иммунитета.
Так устроен процесс эволюции: мутации происходят непрерывно. И в этом вирусе они тоже происходят непрерывно, с достаточно высокой частотой, примерно один раз в одной эволюционирующей линии за две-три недели. Эти мутации могут оказаться для вируса безвредными, вредными или же иногда полезными.
Мы знаем, что вирус приобретает новые мутации с более или менее постоянной скоростью, этот процесс идет примерно как часы. Есть даже такая концепция молекулярных часов, которая говорит, что накопление мутаций происходит примерно с одной и той же скоростью. И появляются ошибки, опечатки при воспроизводстве генетического материала этого вируса.
Но то, каким образом устроены те мутации, которые оказываются для вируса полезными, на самом деле априори неизвестно. Может быть, например, таких потенциальных мутаций в его геноме всего-навсего пять штук, он все пять приобретает и после этого оказывается на вершине горы своей приспособленности, а дальше уже с этой вершины горы никуда деться не может. А может оказаться, что этих мутаций в его распоряжении бесконечное количество, и в течение всей дальнейшей эволюции он будет накапливать все новые и новые. И похоже, что дело скорее идет ко второму сценарию, чем к первому.
Вирус: прошлое и будущее
Как SARS-CoV-2 ведет себя в сравнении с другими вирусами — например, с вирусом гриппа или с вирусом кори? Это, что называется, вопрос на миллион. Вирус кори адаптивно практически не эволюционирует, полезных мутаций он практически не приобретает. Если сейчас, не дай бог, кто-то заболевает корью, то он заболевает примерно тем же самым вариантом, которым он бы заболел 30 лет назад. Наоборот, вирус гриппа очень быстро изменяется и постоянно приобретает мутации, которые его делают все более и более приспособленным в условиях меняющегося человеческого иммунитета.
Что из этих двух вариантов окажется похожим на коронавирус, мы сейчас только предполагаем. По тем данным, которые у нас есть, кажется, что он больше похож на вирус гриппа и его непрерывная адаптивная эволюция будет продолжаться. Но, к сожалению, нельзя уверенно сказать, что мы его можем задавить — нам будет очень сложно, в частности, из-за того, что он меняется.
В некоторых странах, например в России, остается очень маленькая доля привитых, и это дает возможность вирусу размножаться невозбранно. Я должен подчеркнуть, что пока все имеющиеся вакцины, которые действуют против исходного варианта, также действуют и против новых вариантов, так что пока об этом волноваться рано. Но их эффективность, по-видимому, будет падать. И значит, скорость адаптивной эволюции этого вируса — скорость, с которой он приобретает новые мутации, позволяющие ему передаваться интенсивнее, — сейчас выше, чем у вируса гриппа. Большая доля из этих мутаций оказывается для вируса полезной.
С данными за последний год стало лучше, но недостаточно хорошо. Например, Соединенные Штаты и Великобритания просчитали больше миллиона последовательностей коронавируса. В России это число около 10 000 среди тех, которые есть в открытом доступе. То есть если Великобритания может обнаружить варианты на очень низких частотах, то что произойдет в России, мы увидим, когда оно будет уже достаточно распространенным. К сожалению, это проблема. Меньше данных означает, что у нашего микроскопа меньше разрешение, то есть мы видим уже только какие-то крупные объекты.
Эволюция вируса в теле человека
На самом деле очень интересный вопрос: каким образом возникают эти новые, радикально новые варианты? Эти варианты часто собирают в себе совокупности мутаций, которые приобретены как будто очень быстро. Как именно? Одна из возможностей — это эволюция вируса в пациентах с подавленной иммунной системой. И такое видели несколько раз. Часто это пациенты, находящиеся на химиотерапии в результате онкологических заболеваний, у них вирус персистирует в организме в течение многих месяцев.
Один из таких случаев был описан нашей группой совместно с лабораториями Санкт-Петербурга, с НИИ гриппа и Павловской больницей. В организме пациентки С. произошел большой объем эволюции вируса, за год болезни было приобретено большое число новых мутаций. Когда вирус эволюционирует внутри одного человека, могут возникать новые сочетания мутаций, которые способны представлять эпидемиологическую опасность.
Здесь можно привести несколько историй. Есть действительно знакомые нам всем вирусы, которые эволюционируют в основном в пределах одного человека, находясь в нем в течение многих лет. Это, например, вирус иммунодефицита человека, он ровно так и устроен. И бывает также, что те вирусы, которые обычно вызывают острое быстро текущее заболевание, например вирус гриппа, в пациентах с подавленной иммунной системой остаются надолго.
Здесь важно подчеркнуть, что, говоря про ковид, мы не имеем в виду то, что сейчас называется долгим ковидом, когда в течение долгих месяцев после болезни тянутся последствия. Как правило, долгий ковид — это ситуация, когда вы боретесь с последствиями реакции вашего организма, но живого вируса в вас при этом уже больше нет. А здесь речь идет о ситуации, когда, действительно, в одном человеке живет в вирус в течение многих месяцев. Это ситуации редкие и экзотические, но такое бывает, например, у человека с подавленной иммунной системой при гриппе.
Как остановить эволюцию вируса?
Гриппу это немножко легче делать, у него геном фрагментирован, в отличие от коронавируса. Но тем ни менее коронавирус, как известно, это тоже делает, и делает достаточно активно.
Нам известно, что такой процесс лежал в основе нашего человеческого коронавируса. Была знаменитая работа, когда из летучих мышей в Лаосе выделили вирусы, которые гораздо более близки, чем что бы то ни было, что мы знали до этого, к нашему человеческому коронавирусу. И разнообразие вариантов, которое выделено из летучих мышей, показывает, что человеческий коронавирус своей эволюционной историей, еще до того как он перескочил в человека, является потомком нескольких событий такой рекомбинации. То есть этот геном фактически мозаичный. Мы по-прежнему не знаем, из каких именно животных произошел перескок напрямую в человека, но теперь мы видим гораздо более близких родственников нашего человеческого коронавируса, чем что бы то ни было, что мы знали до этого.
Никто ничего похожего не видел, но есть гипотеза, что такой достаточно легкий обмен коронавирусом между человеком и другими видами, которые мы наблюдаем, в принципе, дает достаточно благоприятную почву для рекомбинации между человеческим коронавирусом и какими-то другими вариантами коронавируса, которые сейчас циркулируют в каких-либо животных. Это то, что вызывает некоторые опасения, если мы опять-таки ориентируемся на вирус гриппа, потому что вирус гриппа таким образом и возникает.
Самое лучшее, что мы можем сделать сейчас, — это остановить эволюцию этого вируса, хоть мутационную, хоть рекомбинационную. И основной инструмент, который у нас есть, чтобы ее замедлить или остановить, — это сделать так, чтобы вируса было как можно меньше. Нет вируса — нечему эволюционировать.
Если мы вакцинируемся и носим маски, мы перерезаем цепочки передачи этого вируса и лишаем его возможности адаптивно эволюционировать, приобретать новые, полезные для вируса и вредные для нас мутации.
Конечно, вакцинация снижает вероятность того, что вы сами заразитесь, а также снижает вероятность того, что вы, заразившись, инфицируете кого-то другого, и таким образом вы перерезаете эти цепочки. То же самое с ношением масок, с любыми нефармацевтическими средствами ограничения, которые есть в нашем распоряжении. Это замедляет и улучшает эпидемиологическую ситуацию, и это также улучшает эволюционную ситуацию: вирус эволюционирует и адаптируется медленнее.
Вопрос науки. Как эволюционирует коронавирус?
Новая российская вакцина заточена на борьбу с будущими штаммами коронавируса
На сайте могут быть использованы материалы интернет-ресурсов Facebook и Instagram, владельцем которых является компания Meta Platforms Inc., запрещённая на территории Российской Федерации
От альфы до Ориона
Мария ван Керкхове
Фото: Fabrice Coffrini / Pool / Reuters
Полезности перевода
С начала пандемии для коронавируса прошла целая вечность — под поколением у вирусов чаще всего понимается цикл заражения клетки: прикрепление к ее поверхности, проникновение, экспрессия генов и высвобождение из клетки новых вирусных частиц. Чем больше насчитывается поколений, тем сильнее начинают влиять законы эволюции, хотя до сих пор ведутся споры, относительно того, является ли вирус живым существом.
Коронавирусная бомба. Россиянка болела COVID-19 почти целый год. Вирус мутировал 40 раз, но не убил ее
У большинства РНК-вирусов, таких как ВИЧ или грипп, нет защиты от таких ошибок. Поэтому, например, до сих пор не разработана успешная вакцина против ВИЧ — вирус меняется так часто, что к тому времени, как у человека появляются антитела, они уже непригодны для борьбы против него. Однако у коронавируса такая защита есть. Фермент Nsp14 исправляет ошибки в репликации — но далеко не все. Поэтому SARS-CoV-2 продолжает мутировать — пускай и не такими устрашающими, как у ВИЧ или гриппа, темпами: подсчитано, что за месяц геном коронавируса накапливает две однобуквенные мутации. Это наполовину меньше, чем у гриппа, и на четверть — чем у ВИЧ.
Понять, какие варианты от этих мутаций возникнут, непросто. Геном вируса содержит около 30 тысяч нуклеотидов — на пять порядков меньше человеческого (около трех миллиардов), но все равно мест для мутаций вполне достаточно. Отдельно изучить, какое изменение в структуре и поведении вируса вызовет та или иная мутация, сложно, однако они редко происходят обособленно.
Группа вирусов, отличающиеся от исходной версии определенным набором мутаций, и является штаммом. Разница может составлять лишь долю процента от всего генома, но каждая новая последовательность РНК может положить начало новой ветви вируса
Пути отхода
Может повыситься и вирулентность — тяжесть симптомов болезни. Однако, отмечают ученые, большинство происходящих мутаций свидетельствует о ее снижении у коронавируса. Кроме того, коронавирус может лучше уходить от иммунного ответа — антител и других механизмов защиты, таких, к примеру, как T-клетки. Так сделал один из ближайших родственников SARS-CoV-2 — коронавирус человека 229E, научившийся за 20 лет эволюции уходить от антител человека.
Пандемия из пробирки. Мог ли коронавирус утечь из китайской лаборатории и почему эта версия набирает популярность?
На основе того, насколько хорошо штамм продвинулся на том или ином пути, ВОЗ и разделяет их на вызывающие озабоченность и вызывающие интерес. К последним относят те варианты с повышенной трансмиссивностью и вирулентностью, которые приводят к интенсивной передаче инфекции среди населения или появлению множества кластеров COVID-19 во многих странах. Вызывающие же обеспокоенность варианты обладают всеми этими свойствами, но, помимо прочего, ослабляют систему эпидемиологической защиты — снижают эффективность имеющихся средств диагностики, вакцин и терапевтических препаратов.
В поисках коллективного иммунитета
Эволюция коронавируса замедлится, считают ученые, но не скоро — так, в случае эпидемии свиного гриппа в 2009 году вирус быстро эволюционировал на протяжении пары лет, и лишь затем скорость его мутаций стала уменьшаться.
Читайте также: