COVID-19 регулярно мутирует и не всегда понятно, будут ли против него эффективны средства, которыми мы пользовались еще вчера. Ученые следят за новыми мутациями, чтобы заранее изучить их и предугадать, какой вред они потенциально могут нанести. «Хайтек» разбирается, как появляются мутации и от чего они зависят.
Опасные штаммы коронавируса называют в честь букв греческого алфавита. Мы уже на «омикроне» — до конца осталось всего девять. Это значит, что коронавирус мутирует быстро? Если да, то увеличивается ли эта скорость? И почему какие-то мутации сохраняются и начинают распространяться, а другие нет?
Как появляются мутации?
После попадания в организм вирус начинает процесс репликации — происходит он только внутри живой клетки и засчет ее ресурсов. Поэтому после попадания внутрь вирус удваивает свою РНК. Во время этого сложного процесса, который состоит из нескольких шагов, могут возникать ошибки. Например, самые популярные — перестановка нуклеотидов, замена одного на другой. Это называют точечной мутацией. При удвоении РНК возможны потери небольших последовательностей или, наоборот, вставка.
Вирус старается исправить ошибки при размножении, но не всегда это получается. С другой стороны, если новая мутация помогает проникать в организм быстрее или лучше распространяться, то она может закрепиться.
Все мутации опасны. Это так или нет?
Нет, это не так. Вирусы часто мутируют, но не всегда успешно. Обычно, когда мы говорим о естественном отборе, то думаем о новых мутациях, которые имеют преимущество и распространяются, например, как альфа- и дельта-варианты COVID-19. Это называется положительный отбор.
Но большая часть мутаций вредит вирусу и ухудшает вероятность его выживания — это очищающие мутации или отрицательный отбор. Они не сохраняются в организме достаточно долго, чтобы их можно было секвенировать. Из-за этого их часто не учитывают при оценке количества генетических изменений.
При большом количестве мутаций повышается и число тех, которые дают вирусу преимущество. В августе 2021 года ученые из университетов Бата и Эдинбурга выяснили, что частота мутаций вируса COVID-19 стала на 50% выше. Ранее считалось, что вирус мутирует примерно раз в две недели.
Авторы отметили, что если пациент страдает от COVID-19 более нескольких недель, то вирус может эволюционировать. Подробнее об этом мы поговорим в следующей главе.
Я слышал, что ВИЧ повлиял на мутации COVID-19, каким образом?
Да, это правда. Но связь не так очевидна, поэтому надо понять, как образуются такие мутации. Влияние ВИЧ на COVID-19 начали активно обсуждать после появления B.1.1.529 или омикрон-штамма, который вызывает опасение у мирового сообщества.
Этот штамм произошел не от дельта-варианта, а от другой, еще более ранней разновидности COVID-19. Это необычная ситуация, так как новые штаммы образуются с небольшим определенным набором мутаций. Такие изменения в геноме вируса происходят, когда он естественным образом передается от человека к человеку.
В случае с омикроном ситуация другая — у него очень много мутаций. Их около 50 в самом геноме, от этого числа 35 — в S-белке и 10 находятся в области, контактирующей с рецептором ACE2. У других штаммов, например, у бета, в этой же области всего три мутации, а у дельты — две. Это говорит о том, что вирус не передавался, а наоборот находился в организме одного человека с иммунодефицитом. Предположительно, с ВИЧ. Дело в том, что иммунная система человека, переносящего ВИЧ, может не до конца победить вирус и он будет развиваться внутри организма неделями или месяцами.
Поэтому во время размножения вируса самые слабые частицы погибают, а быстрые и адаптированные начинают изменяться, чтобы быть устойчивыми к иммунитету. Пока что это только теория, но она объясняет, почему омикрон произошел от исходного штамма В.1.1. Сегодня его уже практически нет среди новых случаев.
Пока что исследований о корреляции между уровнем инфицирования ВИЧ и заболеваемостью COVID-19 не было, но можно отметить, что в Африке, где впервые нашли омикрон-штамм, также высокий уровень заболеваемости ВИЧ/СПИДа. Новый вариант COVID-19 нашли в Ботсване, в которой сейчас эпидемия — с вирусом живет каждый пятый человек в возрасте от 15 до 49 лет.
Как понять насколько опасен штамм и поможет ли от него вакцина?
Это достаточно сложный вопрос. Сперва нужно понять, опасен ли штамм. Для этого у больных делают забор образцов слизистой и расшифровывают геном возбудителя.
Дальше эту информацию переносят в общие базы данных и сравнивают. Например, в базе GISAID больше 2 млн геномов коронавируса со всего мира. Там есть трекер, визуализирующий, какой вариант в какой стране выявили. Также исследователи опубликовали эволюционное древо коронавируса — этим занимается проект Nextstrain. В зависимости от характеристик найденного штамма и его распространенности ученые делают вывод о его опасности.
После этого нужно понять, сработают ли существующие вакцины от нового штамма. Чтобы выяснить это, можно, например вести статистику в месте массового распространения штамма и смотреть на изменения в соотношении заболеваемости (есть ли всплеск), рост смертности, а также как меняются типичные симптомы, которые выявляют у пациентов.
Возьмем для примера «Спутник V». В основе вакцины есть S-белок, который изменяется при мутации. Значит нужно заменить его на новый образец. Дальше белок необходимо упаковать в оболочку аденовируса. Еще требуется время на наработку вакцины.
Еще одна популярная конфигурация — это мРНК-вакцины. Это более инновационный биотехнологический подход, который превращает клетки организма в молекулярные фабрики для производства белков. А они, в свою очередь, активируют специфический для патогенов иммунный ответ. Например, в BioNTech и Pfizer разрабатывают вакцину каждый раз при появлении новых штаммов вируса — это часть их стандартной процедуры.
Но после того, как вакцина адаптирована, ее нужно снова протестировать и сертифицировать. Несмотря на то, что есть упрощенные схемы этих процедур, на все уходит время. Глава Moderna заявил, что на разработку новой вакцины могут потребоваться месяцы.
Пандемия показала, как важно иметь четкий и отработанный алгоритм действий в случае появления нового вируса или опасного штамма. Пока что все процедуры выявления, подготовки и разработки препаратов выглядят разрозненно, поэтому занимают много времени и не всегда эффективны.
Читать далее:
Ученые восстановили лицо женщины бронзового века, которую похоронили с драгоценностями
Ученые изучили необъяснимые сигналы с Венеры: возможно, это активный вулкан
Что будет, если Солнце исчезнет: через неделю, год и миллион лет