Мутація, здається, не робить людей хворішими, але дедалі більше вчених занепокоєні тим, що вона зробила вірус більш заразним.

Коли у січні з’явилися перші випадки коронавірусу в Чикаго, вони мали ті самі генетичні сигнатури, що й вірус, який з’явився у Китаї за кілька тижнів до того. Але коли Егон Озер, фахівець із інфекційних захворювань у тамтешній Медичній школі ім. Файнберга Північно-Західному університеті, вивчав генетичну структуру зразків вірусів, взятих у місцевих пацієнтів, він помітив зміни.

Ці зміни у вірусі почали траплятися постійно. Ця мутація, пов’язана зі спалахами Covid-19 у Європі та Нью-Йорку, врешті-решт опанувала все місто. У травні її виявили вже у 95% усіх геномів вірусу, які секвенував (молекулярно-біологічний термін, який застосовують при описанні методів, які використовуються для встановлення послідовності визначення первинної структури молекули. – Ред.) Егон Озер, про це пише The Washington Post.

На перший погляд, мутація видавалася малозначущою. Близько 1 300 амінокислот є будівельним матеріалом для протеїну на поверхні вірусу. У мутованому вірусі в «інструкції» для його відтворення амінокислота за номером 614 змінилася з «D» (аспарагінова кислота) на «G» (гліцин).

Читайте також: Без смаку та запаху. The New York Times про наслідки від Covid-19, який вражає імунну систему

Мутація відбулася у частині геному, що кодує надважливий «протеїн-шип» – структуру, яка надає вірусу його короноподібний профіль і дає йому змогу вриватися до людських клітин.

Всюдисущість мутації незаперечна. З приблизно 50 000 геномів нового вірусу, які дослідники з усього світу завантажили до спільної бази даних, близько 70% мають у собі мутацію, офіційно позначену D614G, а у розмовній мові вченим більше відому як «G.» 

Результати щонайменше п’яти лабораторних експериментів свідчать про те, що мутація зробила вірус більш заразним, хоча лише одне з цих досліджень було належним чином рецензовано. Дослідження, яке провели вчені з Національної лабораторії в Лос-Аламосі, і результати якого були опубліковані у журналі Cell, дійшло висновку, що пацієнти з мутацією «G» справді мають більше вірусу у своєму організмі, через що в них більше шансів заразити ним інших.

Мутація, здається, не робить людей хворішими, але дедалі більше вчених занепокоєні тим, що вона зробила вірус більш заразним.

«Епідеміологічне дослідження та наші дані справді пояснюють, чому поширення [вірусу з G-мутацією] у Європі та США було дуже швидким, – каже Херюн Чхве, вірусолог із Scripps Research та провідний автор неопублікованого дослідження посиленої заразності вірусу з цією мутацією. – Це не просто випадковість».

Ідеальна відмичка

SARS-CoV-2, новий коронавірус, який викликає хворобу Covid-19, можна порівняти із грабіжником-вандалом. Сам по собі вірус не може жити чи відтворюватися, тому він вривається у людські клітини, і використовує їхні структурні частини, щоб відтворюватися у тисячах копій. Після нього залишається пошкоджена тканина. Вірус викликає також реакцію імунної системи, яка для деяких людей може бути фатальною.

Цей процес реплікації вірусу є хаотичним. Незважаючи на те, що коронавірус має механізм «коригування» для копіювання свого геному, той часто робить помилки (мутації). Переважна більшість мутацій не впливає на поведінку вірусу.

Але відколи у січні вчені вперше секвенували геном вірусу, вони шукають у ньому зміни, які можуть мати значення. І мало які генетичні мутації можуть бути більш значущими, ніж ті, що впливають на протеїн-шип – найпотужніший інструмент вірусу.

Цей протеїн приєднується до рецептора дихальних клітин під назвою ACE2 і через нього вірус проникає всередину. Що ефективніший протеїн-шип, то легше вірусу проникнути в організм свого господаря. Навіть коли оригінальний варіант вірусу з’явився у Вухані в КНР, було очевидно, що протеїн-шип у SARS-CoV-2 вже є досить ефективним.

Протеїн-шип у SARS-CoV-2 складається з двох частин, які не завжди міцно з’єднані між собою. У версії вірусу, який виник у Китаї, за словами Херюн Чхве, зовнішня частина, якою вірус повинен приєднатися до людського рецептора, часто відламувалася. З такою несправною відмичкою вірусу було важче вторгнутись до клітин господаря. Чхве вважає, що ця мутація трапилася для компенсації цього недоліку.

Читайте також: Ухань – китайський Чорнобиль. Чим ще Україна пов’язана з Китаєм

Вивчаючи обидві версії вірусу у чашці Петрі з людськими клітинами, Чхве та її колеги виявили, що віруси з G-мутацією мають більше протеїнів-шипів, а зовнішні частини цих шипів рідше відламуються. Це зробило вірус приблизно у 10 разів більш заразним у цьому лабораторному експерименті.

Мутація, здається, не призводить до гіршого перебігу хвороби у пацієнтів. Чхве припускає, що вакцини, які розробляють зараз на базі оригінальної версії вірусу, будуть ефективними і проти нового штаму. 

Заразність штаму вірусу з G-мутацією є настільки сильною, що вчені виявляли цю мутацію навіть тоді, коли не шукали її.

Невіл Санджана, генетик Нью-Йоркського геномного центру та Нью-Йоркського університету, намагався з’ясувати, які гени дають змогу SARS-CoV-2 проникати у людські клітини. Але в експериментах, що ґрунтувалися на геномі раннього вірусу з Вуханю, змусити вірус заражати людські клітини було важко. Тоді його команда перейшла на вірус з G-мутацією. Останній виявився у багато разів заразнішим.

Команда Санджани пропонує своє пояснення, чому вірус з G-мутацією настільки заразний. Якщо Чхве припускає, що мутація зробила протеїн-шип більш стабільним, то, за словами Санджани, зміни стосуються процесу зараження. Він висунув гіпотезу, що вірус з G-мутацією є більш ефективним на початку процесу вторгнення у людську клітину та у підпорядкуванні собі її репродуктивної функції.

Джеремі Любен, вірусолог з Медичної школи Університету Массачусетса, що також експериментував з мутацією D614G, висунув ще іншу версію – мутація дозволяє протеїну-шипу змінювати форму в процесі приєднання до рецептора АСЕ2, що підвищує здатність вірусу злитися з клітиною-господарем.

Питання без відповідей

Найбільше поки що дослідження про передачу вірусу провів Бетт Корбер, біолог з Національної лабораторії у Лос-Аламосі, що раніше брав участь у створенні однієї з найбільших у світі баз даних вірусних геномів для відстеження ВІЛ. У своїй статті він та його команда стверджують, що вірус з G-мутацією «може мати перевагу через свою витривалість», що й пояснює його домінування.

Використовуючи два статистичні підходи, дослідники проаналізували близько 30 000 геномів вірусу з усього світу; вони виявили, що у більшості регіонів, де до березня домінував оригінальний вірус, врешті-решт, запанувала його мутована версія. Цей перехід часто тривав лише кілька тижнів. Особливо очевидно це було в Сполучених Штатах: 96% перших геномів належали до так званого «D-варіанту», але наприкінці березня більше двох третин отриманих геномів мали у собі замість аспарагінової кислоти у цьому місці гліцин.

Колеги Корбера у Великобританії знайшли також докази того, що люди з G-мутацією коронавірусу мали більше вірусного матеріалу у своїх організмах. Вища концентрація вірусу, як здавалося, не робила людей більш хворими, але саме вона може пояснити швидке поширення вірусу з G-мутацією.

У статті Корбера описані два лабораторні експерименти, що підтверджують результати, отримані Санджаною і Чхве: вірус з G-мутацією є у 3–6 разів більш заразним.

Хоча додаткові дані дають ще більше аргументів на користь полегшеної передачі вірусу, чимало вчених, включно з Корбером, вважають, що треба провести більше досліджень.

Майже 90% заражень у США залишаються досі незареєстрованими, країни зі слабкою системою хорони здоров’я ледве дають собі раду з новими хворими. Дефіцит даних означає, що наразі не можна відповісти на усі запитання. 

Пардіс Сабеті, біолог з Гарвардського університету, зазначає, що переважна більшість усіх отриманих і збережених у базі геномів походить з Європи, де і виникла G-мутація, і зі США, куди мутований вірус, як вважають, занесли мандрівники з Європи, і він поширювався непоміченим кілька тижнів. Це може хоча б частково пояснити, чому цей штам виглядає настільки панівним.

Читайте також: Чому Україна ігнорує досвід Тайваню у боротьбі з коронавірусом

На думку Сабеті, успіх G-мутації може також бути пояснений зручними стартовими умовами для поширення мутованого вірусу у Північній Італії – він потрапив до старшої за віком і переважно непідготовленої популяції.

Вчені можуть виключити ці альтернативні пояснення за допомогою більш суворішого статистичного аналізу або експериментів на популяціях тварин. 

На їхню думку, важливо зрозуміти, як геном впливає на поведінку вірусу. Виявлення нових мутацій дає змогу дослідникам відстежувати їхнє поширення. Знання того, які гени впливають на передачу вірусу, дає змогу державам організувати заходи для його стримування. Крім того, коли вже будуть широко поширені специфічні ліки та вакцини проти Covid-19, розуміння геному вірусу дасть змогу визначити, чи з’явилася у нього резистентність до цих ліків. 

Дмитро Борисов