Когда прошлой зимой коронавирус SARS-CoV-2 ворвался в мир, ученым стало ясно, что дело плохо, но они посчитали, что вирус, по крайней мере, стабилен. Коронавирусы не мутируют так быстро, как, например, вирусы гриппа, гепатита или ВИЧ, — отчасти благодаря системе молекулярного редактирования, которую SARS-CoV-2 и родственные ему вирусы используют для предотвращения злокачественных генетических ошибок при репликации.
Но ученые были правы лишь наполовину. Вирус и правда не принес ничего хорошего — но оказалось, что и стабильностью он не отличается. С тех пор, как SARS-CoV-2 «перепрыгнул» с животных на людей, он накапливал незначительные случайные мутации: как однобуквенные «опечатки» в генетической последовательности вируса, так и вставки или выпадение более длинных фрагментов вирусной РНК. Большинство мутаций либо убивают вирус, либо никак не меняют его строение и поведение.
Но недавно было обнаружено несколько новых штаммов оригинального вируса (его также называют «вирусом дикого типа»), мутации которых, похоже, сильно влияют на его свойства, в том числе на контагиозность. Эти штаммы были обнаружены один за другим в разных географических регионах (Великобритания, ЮАР, Бразилия) и в некоторых случаях стали доминировать над штаммами, распространенными в этих регионах ранее. Одновременное появление сразу нескольких штаммов в поле зрения ученых частично объясняется улучшением технологий мониторинга случаев заражения и увеличением объемов секвенирования вирусов. Однако схожесть паттернов мутаций в новых штаммах может указывать на то, что эти изменения не случайны.
«Мы видим, как похожие мутации появляются в разных местах, — говорит Адам Лоринг, вирусолог из Мичиганского университета. — Это наводит на размышления о том, что они для чего-то нужны».
Пока что известно, что эти мутации помогают вирусу легче передаваться от человека к человеку и оставаться незамеченным иммунной системой. В январе ученые впервые сообщили, что антитела людей, переболевших COVID-19, не полностью нейтрализуют штамм вируса, обнаруженный в ЮАР. Кроме того, похоже, несколько человек, перенесших COVID-19, повторно заразились мутантным штаммом.
По последним данным, вакцины, производимые компаниями Moderna и Pfizer, скорее всего, защищают и от новых штаммов коронавируса. Разработчики «Спутника V» также заявили о его эффективности против мутировавшего вируса. Эффективность вакцин этих производителей превышает 90 %, поэтому, по мнению экспертов, даже при небольшом снижении этой цифры их все равно стоит использовать.
«Я рад, что это не лишает смысла [использование вакцин от COVID-19], но, очевидно, требует пристального внимания», — говорит Лоринг. Он добавляет, что на протяжении следующих лет компаниям, возможно, придется изменить эти вакцины и начать вводить пациентам новые их версии — подобно тому, как каждый год меняют вакцины от гриппа. Большинство вакцин вызывают намного более сильный иммунный ответ, чем естественное заражение вирусом. Во время клинических испытаний своей вакцины компания Moderna показала, что антитела, вырабатываемые после вакцинации, остаются в организме дольше, чем антитела, вырабатываемые при естественном заражении SARS-CoV-2.
Ниже перечислены пять наиболее значимых штаммов коронавируса в порядке обнаружения учеными. В списке указано место первого выявления каждого из них и официальные названия штаммов или обозначения, используемые исследователями. (Разные группы исследователей используют разные способы обозначения штаммов, что вызвало путаницу. В этом списке использованы наименования, основанные на филогенетическом происхождении штаммов, но некоторые варианты вируса все равно имеют больше одного названия). Также здесь приведены важные мутации каждого штамма (названия мутаций состоят из букв и цифр, обозначающих позицию мутации в геноме вируса) и известная информация о том, что эти мутации делают.
Испания
Штамм 20A.EU1, впервые выделенный в Испании, содержит мутацию A222V в последовательности белка шипа. Шип — структура вируса SARS-CoV-2, которая связывается с рецепторами клеток ACE2 человека, помогая вирусу проникать внутрь этих клеток при заражении. Кроме того, именно с шипами связываются антитела человека, вырабатываемые для иммунного ответа на инфекцию. Лабораторные исследования показали, что человеческие антитела немного менее эффективно нейтрализуют вирусы с мутацией A222V. За несколько месяцев штамм 20A.EU1 стал доминирующим в Европе. Тем не менее эпидемиологи не наблюдали доказательств того, что этот штамм быстрее передается от человека к человеку, чем оригинальный вирус. Исследователи считают, что штамм, который на тот момент доминировал в Испании, распространился по всему континенту, когда в Европе начали ослаблять ограничения на перемещение.
Великобритания
Британские ученые наблюдали за штаммом B.1.1.7 некоторое время, прежде чем объявили в декабре, что он может передаваться как минимум на 50 % активнее, чем вирус дикого типа. Это заявление было основано на эпидемиологических данных, указывающих, что вирус нового штамма быстро распространяется среди населения, и привело к запретам на пересечение границ и усилению карантинных мер в Великобритании.
Штамм B.1.1.7 содержит 17 мутаций, некоторые из них затрагивают белок шипа. Было обнаружено, что одна из этих мутаций, N501Y, помогает вирусу прочнее связываться с рецепторами клеток ACE2. Однако пока неясно, обусловлена ли повышенная контагиозность данного штамма только этой мутацией или еще какими-либо изменениями структуры шипа.
Несмотря на первоначальное беспокойство, не было найдено подтверждений тому, что этот штамм более заразен для детей в сравнении с оригинальным, говорит Шерон Пикок, исполнительный директор Консорциума Великобритании по геномике COVID-19 (COG-UK), группы, анализирующей генетические изменения вируса. И Pfizer, и Moderna считают, что их вакцины от COVID-19 будут работать и против штамма B.1.1.7. Недавние данные из Великобритании указывают на то, что новый штамм может быть более летален по сравнению с диким типом, но это пока только предварительные результаты.
Штамм B.1.1.7 выделяется на фоне других, потому что он накопил так много мутаций. Лоринг и другие исследователи полагают, что эти мутации могли возникнуть при длительном заражении одного пациента с ослабленным иммунитетом, из-за чего организм пациента не мог побороть вирус. По словам Скотта Вивера, микробиолога из медицинского подразделения Техасского университета в Галвестоне, возможно, только некоторые из этих генетических изменений дали штамму эволюционное преимущество и позволили ему быстро распространиться по Великобритании. Остальные мутации просто остались в геноме за компанию.
ЮАР
Штамм B.1.351 появился в поле зрения ученых примерно в то же время, что и британский B.1.1.7. B.1.351 быстро распространился и стал доминантным вариантом вируса в ЮАР. Как и европейский штамм, B.1.351 содержит мутацию N501Y, хотя данные указывают, что два этих штамма возникли независимо друг от друга. Но ученых больше беспокоит другая мутация в африканском штамме, обозначаемая E484K. Это изменение в геноме, возможно, помогает вирусу избегать иммунного ответа и действия вакцин.
Эволюционный биолог и биоинформатик из Онкологического исследовательского центра Фреда Хатчинсона в Сиэтле Джесс Блум с командой с помощью клеток дрожжей создали серию вирусных белков-шипов, содержащих практически все из более 3800 возможных изменений в структуре, которые могут быть вызваны генетическими мутациями. Затем исследователи протестировали, насколько хорошо антитела связывались с каждым из этих видоизмененных шипов. Они обнаружили, что в результате мутации E484K и других похожих мутаций в этом конкретном участке белка антитела некоторых людей в 10 раз хуже связывались с шипами коронавируса. Команда Блума также показала, что некоторые коктейли из антител (подобные коктейли в настоящий момент тестируют фармацевтические и биотехнологические компании Regeneron и Eli Lilly) могут быть менее эффективными при наличии мутаций, которые имеются в штамме B.1.351.
В конце января ученые из ЮАР опубликовали препринт (научная статья, которая еще не прошла независимую рецензию), в котором показали, что сыворотка крови пациентов с COVID-19, содержащая антитела, значительно менее эффективно могла нейтрализовать новый штамм. В другом препринте, опубликованном 26 января, ученые сообщают, что они добавили вирус B.1.351 в сыворотку крови, взятую у людей, которым ранее ввели вакцину производства Pfizer или Moderna. В результате антитела в такой сыворотке проявляли сниженную нейтрализующую активность по отношению к мутантному вирусу в сравнении с вирусом дикого типа.
Однако антитела в пробирке — не то же самое, что вакцина в организме живого человека. В результате применения любой из упомянутых вакцин организм производит столько антител, что даже при сниженной активности их может быть достаточно для нейтрализации вируса. Вакцины также запускают работу других защитных механизмов иммунной системы. Тем не менее Moderna начала разработку бустерной вакцины, специфичной по отношению к новым штаммам.
Бразилия
В январе ученые сообщили об обнаружении двух новых вариантов коронавируса в Бразилии, происходящих от общего предка. Но хотя у этих двух штаммов есть общие мутации с вариантами, обнаруженными в других регионах, по всей вероятности, они возникли независимо.
Из этих двух штаммов ученых больше беспокоит P.1. Он содержит больше мутаций, чем Р.2 (хотя оба штамма имеют мутацию E484K), и уже был обнаружен в Японии и других странах. Возможно, Р.1 накопил свои мутации в организме пациента с ослабленным иммунитетом. Но генетик Эмма Ходкрофт из Бернского университета в Швейцарии говорит, что в этом случае может быть сложнее определить точное время и место возникновения штамма, поскольку в Бразилии секвенируют гораздо меньше образцов вируса, чем в Великобритании.
Ходкрофт отмечает, что в 2020 году и в Бразилии, и в ЮАР были крупные вспышки COVID-19. При таком большом количестве зараженных людей, вырабатывающих антитела к вирусу, штамм, способный избегать распознавания иммунной системой и повторно заражать уже переболевших людей, мог иметь значительное преимущество и широко распространиться в популяции.
Распространение и изменение вирусов
Хотя кажущееся внезапным появление нескольких вариантов белка шипа является причиной для беспокойства, по словам исследователей, пока нет доказательств, что коронавирус претерпел какие-либо принципиальные изменения, позволяющие ему мутировать быстрее. По мнению Лоринга, более вероятно, что большое число заражений COVID-19 по всему миру предоставляет вирусу множество возможностей для постепенных небольших изменений. Каждый зараженный человек — это, по сути, дополнительный шанс для возникновения нового штамма SARS-CoV-2. «Это имеет отношение к эволюции, но в первую очередь — это вопрос эпидемиологии», — говорит Лоринг. В целом «вирус совершенствуется в своей роли».
