С тех пор, как в декабре 2019 года пандемия COVID-19 начала свое угрожающее шествие из китайского Уханя по всему миру, вирус SARS-CoV-2 прибегает к стратегии «использовать всё, что работает», – обеспечивая себе репликацию и распространение.
Однако в новом исследовании, результаты которого опубликованы в Evolutionary Bioinformatics, объединенная группа сотрудников и студентов Иллинойского университета показывает: кроме того, вирус вырабатывает еще и новые тактики достижения бо́льшей эффективности и устойчивости.
Исследовательский коллектив отслеживал график скорости мутаций в протеоме вируса, – наборе белков, кодируемых генетическим материалом, – на протяжении достаточно длительного периода времени, начиная с момента первой публикации касательно генома SARS-CoV-2 в январе и заканчивая анализом 15300 геномов к маю 2020 года.
Было установлено, что в некоторых участках все еще активно возникают новые мутации, что указывает на продолжающуюся адаптацию к среде хозяина. Но скорость мутаций в других регионах обнаруживает тенденцию к замедлению, объединяясь вокруг отдельных версий ключевых белков.
«Это плохие новости. Вирус меняется и меняется, но сохраняет то, что наиболее полезно или интересно для него».
Густаво Каэтано-Анолес, старший автор исследования, профессор биоинформатики, Иллинойский университет
Важно отметить, однако, что стабилизация определенных протеинов может оказаться и хорошей новостью в аспекте разработки лечения COVID-19.
По словам первого автора Тре Томашевского, аспиранта факультета информационных наук:
«При разработке вакцины, например, вам необходимо знать, к чему будут прикрепляться антитела. А новые мутации могут изменить всё, включая способ конструирования белков и их морфологию. Мишень, на уничтожение которой нацелено антитело, может смещаться по поверхности протеина или же "складываться" внутрь его структуры, оказываясь недосягаемой для иммунных факторов. Информация о том, какие белки и структуры патогена остаются неизменными, очень важна для создателей вакцин и этиотропных лекарств».
Исследовательская группа зафиксировала общее замедление скорости мутаций вируса, начиная с апреля, после начального периода быстрых изменений. Это включало стабилизацию внутри того белка, из которого состоят шипы, – маленькие придатки, придающие коронавирусам их характерный вид. В структуре шипа было обнаружено, что одну аминокислоту в сайте 614 заменила другая (аспарагиновая кислота замещена глицином), и эта мутация распространилась на всю популяцию вируса в течение марта-апреля.
«Первоначально шип был совершенно другим белком, – говорит Т.Томашевски.
– Едва ли вы найдете сейчас исходную версию».
«Это должно каким-то образом увеличить контагиозность и способствовать распространению вируса при проникновении в организм хозяина. В противном случае мутация не закрепилась бы», – добавляет проф. Г.Каэтано-Анолес.
Сейчас уже есть данные относительно влияния данной мутации на тяжесть вызываемого респираторного синдрома и на уровень летальности, однако эти данные разноречивы. По словам Т.Томашевского, не вызывает сомнений лишь то, что эта мутация опосредует проникновение в клетки организма-хозяина и потому должна быть изучена в контексте исследований механизмов трансмиссии и распространения вируса.
Примечательно, что с апреля стабилизировались еще два участка в известных белках вируса, включая полимеразу NSP12, копирующую РНК, и геликазу NSP13, которая контролирует правильность дупликации цепочек РНК.
«Все три мутации выглядят скоординированными и взаимосвязанными. Они находятся в разных молекулах, но служат одному и тому же эволюционному процессу».
Проф. Г.Каэтано-Анолес
По мнению авторов, возрастающая неслучайная изменчивость некоторых белков свидетельствует о том, что вирус активно ищет способы сделать свое распространение более эффективным. Кроме того, эти два белка влияют на иммунный ответ нашего организма, будучи основными блокаторами бета-интерферонового пути, составляющего нашу противовирусную защиту. В частности, их мутация может объяснить неконтролируемые иммунные отклики, обусловившие столь много летальных исходов COVID-19.
Необходимо готовиться к следующей волне пандемии. Исследование путей и направлений мутаций поможет скорректировать разработку противовирусных средств.
