Статьи
Статья

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.

Передача SARS-CoV-2

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

Екатерина Грачева
PhD, молекулярный биолог, автор блога «Мир глазами биолога»
Читайте также
Вопрос науки. Как пандемия изменит мировую экономику
Вопрос науки. Как пандемия изменит мировую экономику
Как повлияла пандемия на экономику и каковы последствия глобального кризиса?
Эксперты смоделировали облик человека, проработавшего 25 лет на удаленке
Эксперты смоделировали облик человека, проработавшего 25 лет на удаленке
И рассказали, как избежать негативного влияния дистанционной работы на тело и мозг.