Для разновидности вируса, вызывающего covid-19, которая распространяется в Соединенных Штатах и Европе, характерны более функциональные шипы, которые прикрепляются к клеткам.
Как показали результаты экспериментов, проведенных в центре Scripps Research, генетическая мутация вируса SARS-CoV-2, которая сейчас распространяется в Европе и Соединенных Штатах, характеризуется существенно более высокой способностью заражать клетки.
«Вирусы с этой мутацией оказались гораздо более заразными по сравнению с вирусами без этой мутации в системе клеточных культур, которую мы использовали», — сказала ведущий автор исследования, вирусолог Scripps Research Хайерун Чоу (Hyeryun Choe).
По ее словам, в результате этой мутации на поверхности вируса существенно увеличивается число функциональных шипов. Именно эти шипы позволяют вирусу прикрепляться к клеткам и заражать их.
«Благодаря этой мутации число — или густота — функциональных шипов вируса увеличивается в 4-5 раз», — рассказала Чоу.
Именно эти шипы делают вирус похожим на корону и позволяют ему цепляться за клеточные рецепторы, называемые АПФ2. Эта мутация, получившая название D614G, обеспечивает более высокую пластичность «стержню» шипа, как объяснил соавтор исследования Майкл Фарзан (Michael Farzan), который является сопредседателем отделения иммунологии и микробиологии в центре Scripps Research.
По его словам, более пластичные и гибкие шипы позволяют вирусным частицам перемещаться от клетки-продуцента к клетке-мишени в абсолютной сохранности, с гораздо меньшим риском погибнуть раньше времени.
«Результаты нашего исследования однозначны: с этой мутацией вирус становится более стабильным», — сказала Чоу.
Сейчас ведется масса споров о том, почему эпидемии covid-19 в Италии и Нью-Йорке так быстро привели к перегрузке систем здравоохранения, в то время как вспышки в Сан-Франциско и штате Вашингтон оказались более управляемыми, как минимум поначалу. Связано ли это с особенностями этих конкретных сообществ или их реакции, или же вирус каким-то образом изменился?
Но стало ли это результатом так называемого «эффекта основателя», когда широкой популяции случайным образом передаются лишь несколько разновидностей вируса? Чоу и Фарзан считают, что их биохимические эксперименты разрешают этот вопрос.
«Существует как минимум десяток научных работ, где говорится о преобладании этой мутации, — сказал Фарзан. — Имеем ли мы дело с "эффектом основателя"? Наши данные приводят нас к однозначному выводу: дело не в эффекте основателя».
Работа Чоу и Фарзана называется «Мутация D614G в шиповидном белке SARS-CoV-2 снижает выделение S1 и повышает заразность» (The D614G mutation in the SARS-CoV-2 spike protein reduces S1 shedding and increases infectivity). В настоящее время эта работа проходит процесс экспертной оценки. Перед публикацией она была размещена на сайте bioRxiv, и в прессе уже появились сообщения о новых данных.
Чоу и Фарзан отметили, что в ходе своего исследования они использовали безвредные вирусы, способные продуцировать ключевые белки коронавируса. По их словам, необходимо провести дополнительные эпидемиологические исследования, чтобы проверить, обернется ли обнаруженная ими мутация более высокой трансмиссивностью в условиях реального мира.
Эти ученые также обнаружили, что иммунные факторы в сыворотке крови, взятой у переболевших людей, одинаково хорошо борются с вирусами, у которых есть и у которых нет мутации D614G. По словам Чоу, это внушает надежду на то, что потенциальные вакцины, которые сейчас находятся в разработке, будут одинаково хорошо справляться с вирусами как с этой мутацией, так и без нее.
Чоу и Фарзан изучают коронавирусы более 20 лет — с момента первой эпидемии SARS. Они первыми обнаружили в 2003 году, что вирус SARS связывается с рецепторами АПФ2. В результате экспериментов других ученых выяснилось, что вирус SARS-CoV-2 связывается с теми же рецепторам АПФ2.
Но Фарзан и Чоу отметили ключевое структурное различие между шиповидными белками первого вируса SARS и вируса, который вызвал текущую пандемию. У обоих вирусов шип имеет форму треноги, и три его сегмента соединяются друг с другом на «стрежне-основании». Но у SARS-CoV-2 есть отличие. Его «тренога» разделена на два отчетливых сегмента, S1 и S2.
По словам Фарзана, поначалу эта необычная особенность оборачивалась неполноценностью части шипов. Только примерно четверть сотни шипов каждого вируса SARS-CoV-2 имели такую структуру, которая им была нужна для успешного прикрепления к клетке-мишени. С мутацией D614G эта «тренога» «ломается» гораздо реже, а это значит, что гораздо больше шипов вируса сохраняют свою функциональность.
Мутация D614G привела к тому, что аминокислота в этом месте сменилась с аспарагиновой на глициновую кислоту. По словам Фарзана, в результате шипы стали более гибкими. Доказательства успеха можно найти в данных о секвенированных штаммах, которые ученые со всего мира добавляют в различные базы данных, включая GenBank. В феврале в базе данных GenBank не было данных о последовательностях с мутацией D614G. Но к марту она уже появлялась в одном из четырех образцов. По словам Фарзана, в мае она фигурировала в 70% образцов.
«Со временем вирус понял, как можно эффективнее сохранять себя и не распадаться до тех пор, пока не понадобится, — объяснил Фарзан. — Под давлением естественного отбора вирус сделал себя более стабильным».
По словам ученых, пока неизвестно, сможет ли эта небольшая мутация каким-то образом повлиять на тяжесть симптомов заболевших людей или на уровень смертности. По словам Чоу, хотя данные из отделений интенсивной терапии в Нью-Йорке и других городах указывают на преобладание вируса с мутацией D614G, ученым необходимо гораздо больше данных — в идеале полученных в ходе контролируемых исследований.
