Научный блог. Как исчез предшественник нового коронавируса
У коронавируса SARS-CoV-2 уже был предшественник, который спровоцировал вспышку атипичной пневмонии в 2003 году, а затем сам по себе исчез. Как это произошло? И стоит ли надеяться, что история повторится с возбудителем COVID-19? Объясняет молекулярный биолог, автор блога «Мир глазами биолога» Екатерина Грачева.
О вспышке атипичной пневмонии (ТОРС — тяжелый острый респираторный синдром) 2003 года многие уже либо забыли, либо просто не запоминали (потому что были маленькими или еще не родились). Но я помню, что в 2004 году во время моей поездки в Китай температуру измеряли на каждом шагу.
К счастью, тогда это уже делали на автомате. Последние случаи ТОРС наблюдали 16 лет назад. А потом вирус исчез из человеческой популяции. Как? Попробую объяснить.
ТОРС появился внезапно в конце 2002 года в провинции Гуандун в Китае, потом он пришел во Вьетнам. Гонконг. Канаду... 29 стран, более 8000 заболевших и 774 смерти.
Причину заболевания определили только в марте-апреле 2003 года: как и в случае COVID-19, ТОРС вызывался коронавирусом (SARS-CoV), который человечество подхватило от летучих мышей через промежуточного хозяина (цивет, по-видимому).
В 2003 году изучать последовательности геномов было не так дешево и быстро, как сейчас. Первые данные о геноме SARS-CoV появились в мае 2003 года. Для сравнения, первый геном SARS-CoV-2 был доступен через пару недель после объявления вспышки.
Именно разнообразие геномов SARS-CoV помогло найти часовую бомбу, которая вывела вирус из человеческой популяции.
SARS, как все остальные вирусы, да и вообще все организмы, распространялся по миру медленно, но постоянно изменялся. Это неизбежно: любому организму (или вирусу) нужно просто воспроизводить свою ДНК или в случае РНК-вирусов — РНК.
Для того чтобы синтезировать РНК для новых вирусных частиц, коронавирусы используют свою РНК и свой специальный белок — РНК-зависимую РНК-полимеразу. Как и в любом другом биологическом процессе, при синтезе возможны ошибки — неправильно вставленные нуклеотиды («буквы», из которых состоит РНК).
Геном коронавирусов довольно большой, а значит, вероятность ошибки при его копировании выше. Чтобы этого избежать, у коронавирусов есть механизм репарации, который заменяет неправильно вставленные нуклеотиды на правильные. Но даже этот механизм ошибается, и в РНК могут возникать точечные мутации. Они могут привести к изменениям в белках вируса, хотя это происходит далеко не всегда.
Кроме того, изменения в РНК-геноме могут возникнуть, если РНК-полимераза для синтеза каждого участка РНК-генома будет использовать разные молекулы РНК. При таком перескакивании с молекулы на молекулу РНК-полимераза может случайно забыть скопировать часть РНК-генома.
Считается, что в геноме вируса SARS-CoV-2 в год возникает 25 мутаций. Для сравнения: в геноме гриппа — 50.
На графике — эволюция генома SARS-COV-2 на 26 апреля 2020 года. Источник: nextstrain.org
В 2005 году китайские исследователи проанализировали 61 геном SARS-CoV из разных временных периодов пандемии.
Одна из самых распространенных мутаций — отсутствие 29 нуклеотидов в гене ORF8.
Полную версию гена находили в совсем ранних образцах вируса и у животных, и у человека. На поздних этапах пандемии такую поломку находили почти всегда, причем отсутствовали и бóльшие куски гена. За что конкретно отвечал ген ORF8, тогда было не очень понятно, тем более что вирусы и без него распространялись в человеческой популяции.
Объяснить это можно так: на первых этапах вспышки могли существовать и обычные версии SARS-CoV, и разные мутанты. Но каким-то образом много людей заразилось именно вирусом с мутацией в гене ORF8 (может быть, источник был очень общительным и много на кого кашлял), вирус размножился, какой был, и его просто стало больше, чем вариантов-конкурентов. Такой эффект называется эффектом основателя.
Только недавно стало понятно, что, по-видимому, эта мутация снизила эффективность размножения SARS-CoV. А значит, человечеству крупно повезло. SARS-CoV медленней размножался, и меры по его сдерживанию (карантин, изоляция и диагностика) быстро помогли.
На сегодняшний день в нашем распоряжении почти 3500 публично доступных геномов SARS-CoV-2. А значит, мы все больше и больше можем узнать о новом вирусе.
— Как происходит его эволюция?
— Откуда родом вирусы на отдельной территории? Сейчас известно более 120 геномов SARS-CoV-2 из России, и они родственники вирусам из Италии, Голландии, Египта, США и других территорий.
— Где в геноме появляются мутации?
— Наблюдается разнообразие ORF8, но и в гене белка S они тоже встречаются.
Все эти данные доступны каждому благодаря проекту Nextstrain, который объединил на одном сайте информацию о распространении и эволюции не только SARS-CoV-2, но и вирусов гриппа, лихорадок Эбола, Зика и многих других патогенов.
Так есть ли надежда на то, что SARS-CoV-2 исчезнет? В ранних версиях SARS-CoV-2 ген ORF8 целый. Существует гипотеза, что это делает его таким заразным. Однако в марте в Сингапуре нашли варианты SARS-CoV-2 с дефектом в том же гене. Это звучит здорово. Но мы не знаем, сколько людей действительно переболели вирусом с этой мутацией. И вполне вероятно, что подобные мутации в SARS-CoV-2 возникают нередко, но быстро вытесняются диким, более злым вариантом. Нам остается только наблюдать, изучать и верить в лучшее.
Как и когда исчезнет SARS-CoV-2 — мы не знаем. Но я надеюсь, что уроки ТОРС и COVID-19 будут усвоены, чтобы человечеству не пришлось еще раз проходить через такую пандемию.
Источник: блог автора
