МУТАНТЫ
Фото:elements.envato.com
Молекула коронавируса достаточно примитивна и нестабильна. В этом его слабость, но одновременно и коварство: заразность и смертность от него оказались значительно выше, чем у гриппа, но ниже того уровня, чтобы вызывать необходимую настороженность у большинства людей.
Для того чтобы выжить, коронавирус постоянно меняет свою генетическую структуру, то есть мутирует. Американские вирусологи установили, что весенняя вспышка в Нью-Йорке d 2020 ujle, при которой в городе ежедневно погибало около 800 человек, была вызвана агрессивным мутантом коронавируса, который существенно отличался от своего китайского прародителя.
В течение 2020 года коронавирус мутировал в среднем 2-3 раза месяц. Затем в декабре того же года этот процесс почему-то ускорился. Тогда лишь за месяц произошло сразу 12 мутаций. Это должно вызывать серьезное беспокойство, поскольку некоторые мутации делают вирус устойчивым к вакцинам и могут вызывать повторные заражения.
Фото:elements.envato.com
С помощью шиповидных белков коронавирус прикрепляется к человеческим клеткам и вторгается в наш организм. Затем он использует наши клеточные механизмы для того, чтобы воспроизводить огромное количество собственных копий, то есть размножаться. Однако поскольку эти механизмы недостаточно совершенны, во время размножения коронавирус совершает множественные ошибки генетического кода. Эти ошибки затем передаются последующим поколениям коронавирусов. Так возникают мутации, которые передаются последующим поколениям коронавирусов.
Благоприятным для возникновения мутаций является длительность нахождения коронавируса в организме пациента. У некоторых больных COVID-19 длится намного дольше обычного. При этом коронавирус может у них выделяться спустя месяц и дольше после начала инфекции. В таких условиях вероятность мутаций значительно увеличивается, и пациенты становятся так называемыми супермутагенами.
Большинство мутаций относительно безобидны. Однако в отдельных случаях они могут представлять серьезную угрозу. Некоторые мутанты приобретают способность лучше прикрепляться к человеческим клеткам, тем самым становясь более заразными. Другие мутанты способны подавлять иммунную защиту, призванную помогать человеческому организму бороться с инфекцией. Это может снижать эффективность вакцинации, а также вести к повторным заражениям COVID-19.
Фото ©REUTERS
Мутанты коронавируса: кто они?
Когда мутации происходят в пределах одного штамма, то есть разновидности вируса, говорят о вариантах коронавируса. Мутации меняют вирусы, но принципиально не влияют на его функции. Поэтому и говорят о различных генетических вариантах, таких как британский, южноафриканский, бразильский, теперь индийский. С 1 июня 2021 года Всемирная организация здравоохранения предложила их называть "Альфа", "Бета", "Гамма" и "Дельта". Все они варианты одного штамма коронавируса SARS-CoV2. Это приблизительно, как сиамская кошка отличается от сибирской: это породы внутри одного вида животных.
При накоплении большого числа мутаций количество может перейти в качество и возникнуть новый штамм. Он может обладать уже другими внешними свойствами и характеристиками. Пока мы продолжаем иметь дело с прежним штаммом SARS-CoV2, но с различными его вариантами.
В случае с вирусами это имеет принципиальное значение, поскольку изменение функций определяет то, как вирусы заражают и вызывают болезнь, и то, как с ними борются. Пока мы продолжаем использовать прежние методы лечения и профилактики против различных вариантов коронавируса SARS-CoV2.
Благодаря способности лучше прикрепляться к человеческим клеткам-мишеням британский мутант Альфа был гораздо более заразен, чем его прародители. Результатом заражения является ускоренное распространение инфекции, что отрицательно влияет на эффективность карантинных мероприятий.
Другой мутант – южноафриканский - подавляет способность антител (иммунных молекул) связываться с коронавирусом и нейтрализовать его. Превращаясь таким образом в движущуюся мишень, мутант приобретает способность избегать иммунной защиты, снижать эффективность вакцин и повышать вероятность повторных заражений.
Аналогичным свойством обладает и бразильский мутант коронавируса. Ранее он вызвал новую вспышку в городе Манаус на севере Бразилии. Эксперты считают, что на этот раз вспышка стала результатом неспособности ранее переболевших людей защититься от мутированного коронавируса. То есть речь идет о многочисленных случаях повторного заражения. Лабораторные исследования показали, что вакцины против коронавируса оказались в меньшей степени эффективными в выработке защитных антител против южноафриканской и бразильской разновидностей.
Наибольший переполох в пире вызвал Дельта вариант B.1.617.2, или как его раньше называли «индийский». Дело в том, что многие считают Индию местом происхождения этой мутации. Дельта вариант коронавируса отличается множеством мутаций, что делает его гораздо более заразным, чем его предшественники. К тому же он устойчив к некоторым вакцинам, а возможно, и более агрессивен.
В Индии же он вызвал колоссальную вспышку с высоким уровнем заражения и смертности. Этому способствовало безрассудство, а точнее практическое отсутствие противоэпидемических мер в Индии: люди ходили без масок, и при этом проводились многолюдные политические, культурные, спортивные и семейные мероприятия. В результате лишь за несколько недель в стране коронавирусной инфекцией заразились миллионы людей и десятки тысяч погибли, среди которых было много детей.
Почему некоторые мутанты более заразны?
Как оказалось, виновником является вирусный ген Orf9b, который блокирует человеческий белок Tom70, отвечающий за выработку интерферона - важнейшего компонента иммунной защиты от коронавируса. Другими словами, коронавирус мутирует так, чтобы тормозить иммунитет.
Авторы статьи – ученые University College London - считают, что это является одним из универсальных механизмов выживания коронавируса. Причем вероятно, что подобные механизмы используются также и другими мутантами коронавируса, включая дельта-вариант.
Интерферон – это важная молекула, которая одной из первых сигнализирует о вторжении вирусов. Он запускает другие иммунные механизмы, такие как макрофаги, Т-киллеры и В-лимфоциты, вырабатывающие антитела.
Когда блокируется выработка интерферона, сигнал поступает поздно, и иммунная система мобилизуется с задержкой. Это позволяет коронавирусу беспрепятственно заражать клетки человеческого организма. Особенно много вируса накапливается в носовой полости и в горле.
После запоздалого подключения иммунная система все же начинает реагировать. Однако результатом массивного скопления коронавирусов становится излишняя воспалительная реакция, которая выражается в скоплении большого количества слизи в носовой полости и горле. Это вызывает частое рефлекторное чихание и кашель с разбрызгиванием вирусных частиц и заражением окружающих. Это и объясняет, почему британский и, возможно, другие мутанты коронавируса, включая индийский, более заразны, чем их прародители.
Данное открытие также имеет большое практическое значение.
Во-первых, теперь понятно, что разработка вакцин не должна фокусироваться только на шиповидном белке коронавируса. Не меньшее значение имеет белок, кодируемый вирусным геном Orf9b, из-за которого блокируется иммунная защита. Как стало известно, некоторые варианты коронавируса могут вызывать 80-кратное усиление экспрессии данного гена. Это обстоятельство важно учитывать при создании вакцин.
Во-вторых, необходимо разработать диагностические тесты нового поколения. В частности, ПЦР-тесты не должны ограничиваться определением нуклеотидных последовательностей, кодирующих шиповидный белок. Они должны определять также и другие вирусные гены, в частности, те, которые кодируют поверхностные белки (нуклеокапсиды), а также указанный выше ген Orf9b, из-за которого мутанты становятся более агрессивными. Данное открытие еще раз продемонстрировало ограниченную информативность тестов на антитела. Без оценки клеточного иммунитета и определения уровня интерферона они не дают полной картины того, как мы защищены от вирусов после болезни или в результате вакцинации.
Наконец, важно разработать технологии, способствующие беспрепятственной выработке интерферона, который, как оказалось, является ключевым арсеналом первой линии обороны от коронавирусной инфекции. Такое возможно путем разработки модифицированной версии человеческого белка Tom70, отвечающего за выработку интерферона. Сделав этот белок неуязвимым для мутированных генов коронавируса, мы сможем от него своевременно защититься.
Интересно, что кровь летучих мышей отличается высокой концентрацией интерферона. Этим, возможно, объясняется их неуязвимость перед коронавирусами. Данный принцип защиты, вероятно, следует взять на вооружение и человеку.
Эволюция на наших глазах
Для того чтобы выжить в условиях масштабной вакцинации, коронавирус должен меняться, то есть мутировать. Ему важно успеть заразить как можно больше людей, пока вакцины полностью не прервут цепочку передачи инфекции. В этом смысл эволюции вирусов.
Однако возможности для таких мутаций в небольшой генетической молекуле коронавируса весьма ограничены. Меняя свою молекулу для того, чтобы избежать нейтрализации антителами, мутант коронавируса одновременно может потерять способность связываться с человеческими клетками-мишенями, такими как рецепторы АПФ-2. Тем самым он становится менее заразным. Коронавирус уже начал испытывать трудности в мутациях, призванных обеспечивать его выживаемость.
Кроме того, ученые установили, что в шиповидном белке коронавируса имеется небольшой участок, наиболее подверженный мутациям. Если заблокировать этот участок, то, в принципе, можно решить проблему с мутациями. На основе этой идеи создатели вакцин пытаются разработать технологию, которая наряду с нейтрализацией вируса способна блокировать указанный нестабильный участок шиповидного белка коронавируса и тем самым препятствовать его будущим мутациям.
Предполагается, что со временем коронавирус SARS-CoV-2 будет терять свои болезнетворные свойства. Когда развивается вирусная инфекция, у людей может формироваться иммунная защита не только против данного возбудителя, но и против других родственных разновидностей, в том числе тех, которые способны вызывать будущие эпидемии. Это называется перекрестным иммунитетом.
Данный механизм объясняет то, почему коронавирусная инфекция гораздо реже встречается у детей по сравнению со взрослыми. Дело в том, что дети чаще болеют простудами, вызванными безобидными разновидностями коронавирусов. Благодаря этому у них развивается перекрестная иммунная защита от целого семейства коронавирусов, включая тот, который вызвал нынешнюю пандемию COVID-19.
Фото:elements.envato.com
Русский грипп и во что превратится нынешняя пандемия
Считается, что одна из разновидностей коронавируса была причиной пандемии так называемого "русского гриппа" 1889 года. Тогда, 130 лет назад, от него погибло около миллиона человек, и это было последней масштабной пандемией XIX века. Некоторые ученые считают, что коронавирус, вызвавший ту пандемию, впоследствии ослаб, превратившись в возбудитель обычной детской простуды. Ожидается, что приблизительно то же самое может произойти и с нынешним коронавирусом, и пандемия COVID-19 постепенно превратится в безобидную сезонную инфекцию.
Тем временем единственный путь ускорить завершение нынешней пандемии – это масштабная и ускоренная вакцинация. Хоть и не полностью, вакцины способны защищать и от мутантов коронавируса. Чем быстрее мы провакцинируемся, тем меньше шансов мы дадим коронавирусу превращаться в опасные мутанты. Он будет вынужден отступить.
Вакцины способны защищать от смертельных осложнений, вызываемых коронавирусом и его мутантами. Однако для миллионов людей, которые ожидают вакцинации, а также тех, кому она противопоказана или кто от нее отказался, мутации могут представлять серьезную угрозу, значительно снижая эффективность существующих методов лечения коронавирусной инфекции.
Поэтому появление новых мутантов является важной причиной сохранения противоэпидемических мер, таких как ношение маски, социальное дистанцирование, изоляция заболевших и тех, кто контактировал с заразившимися. Это будет необходимым до тех пор, пока в обществе благодаря вакцинации не сформируется коллективный иммунитет.
Маловероятно, что мы отметим конкретный день, когда будет декларирована победа над пандемией. Скорее всего, возвращение к нормальной жизни будет происходить поэтапно. Мы будем постепенно становиться смелее в общении и посещении людных мест, научных конференций, учебных классов, свадеб и юбилейных мероприятий. Завершение пандемии будет зависеть от того, как быстро коронавирус будет менять свои свойства, и от того, как мы будем на него реагировать. Однако в конечном итоге многое будет зависеть от нашего поведения.
После завершения пандемии мы, скорее всего, будем продолжать иметь дело с коронавирусом в виде сезонной инфекции наподобие гриппа. Это потребует ежегодной разработки вакцин против сезонных мутантов коронавируса. Вполне возможно, что ученым удастся создать универсальную вакцину против всех разновидностей коронавирусов. Это амбициозная, но вполне выполнимая задача с учетом огромного пласта знаний, накопленных лишь за год с начала нынешней беспрецедентной пандемии.
Мутации коронавирусов: станут ли они более заразными, агрессивными и устойчивыми к вакцинам
Дельта, каппа, лямбда, эпсилон… Эти буквы греческого алфавита вновь в тренде, однако со зловещей коннотацией. Ими обозначаются мутированные варианты коронавируса, и есть основания полагать, что последующие буквы могут означать еще большую заразность и агрессивность. Так ли это? Попытаемся разобраться.
Как и для всех существ на земле, вирусам свойственно видоизменяться по мере репликации, то есть размножения. Это с вирусами происходит с единственной целью – чтобы выживать в процессе естественного отбора. В этом суть эволюции.
Для того, чтобы видоизменяться вирусы мутируют путем замены молекул в своем примитивном генетическом коде. Большинство вирусных мутаций – безобидны. Однако некоторые их комбинации могут приводить к возникновению более заразных и агрессивных разновидностей.
Такое мы наблюдали нынешней весной во время распространения британского варианта, а теперь видим как это происходит с нынешним – индийским. Раньше говорили о южноафриканском и бразильском вариантах. Для того, чтобы отказаться от обидных страновых ассоциаций Всемирная Организация Здравоохранения решила с 1 июня обозначать варианты коронавируса буквами греческого алфавита. Отсюда и пошли Дельта, Каппа, Лямбда, Эпсилон и другие.
С появлением эффективных мер борьбы с вирусами частота их мутаций значительно ускоряется, приводя к появлению новых вариантов, которые могут оказаться устойчивыми к лекарствам и вакцинам. Это происходит в результате селекционного давления, являющегося эволюционным инструментом.
За процессом эволюции микроорганизмов можно наблюдать в лабораторных пробирках. Эволюцию нынешнего коронавируса на суждено воочию наблюдать у миллионов людей, организм которых в данном случае выступает в роли лабораторной пробирки. Коронавирусы заражают незащищенных людей, беспрепятственно размножаются и мутируют в их организме, становясь еще более заразными для других людей.
Попав в организм тех, кто вакцинировался, коронавирус чаще всего погибает подвергаясь иммунным атакам. Однако выживают те коронавирусы, которые под влиянием такого селекционного давления все же успели видоизмениться. И здесь я бы выделил три возможных сценария дальнейшего хода событий:
Первый – самый оптимистичный - когда последующие варианты коронавируса окажутся неспособными преодолевать нашу иммунную защиту. В этом случае тотальная вакцинация в конечном итоге положит конец пандемии. Такое произошло в 1979 году с оспой, которую с помощью вакцины удалось полностью ликвидировать. Нечто подобное сейчас в принципе наблюдается с корью, краснухой, дифтерией, полиомиелитом и другими вакцинно-управляемыми инфекциями.
Второй сценарий, если коронавирус выработает определенную устойчивость к вакцинам, однако за счет потери болезнетворных свойств. Это может произойти из-за того, что изменения шиповидного белка коронавируса в результате мутаций позволят ему ускользать от антител. Однако произойдет это ценой потери его способности прикрепляться к мишеням и, соответственно заражать клетки человека. Подобное наблюдалось и раньше - с вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), который сумел выработать устойчивость к противовирусному лекарству ламивудину, потеряв при этом свои болезнетворные свойства.
Третий, неблагоприятный сценарий – это если мутации приведут к тому, что коронавирусы выработают устойчивость к вакцинам, одновременно становясь более заразными. Именно этим отличается Дельта, и не исключено, что последующие варианты могут оказаться еще более заразными и вакцинноустойчивыми.
Следует упомянуть еще и риски возникновения чрезвычайно агрессивных, вариантов с летальность до 30 процентов, подобных тем, которые вызывали эпидемии коронавирусов SARS и MERS бушевавших в восточной Азии в 2003 и 2012 годах. С ними удалось справиться благодаря хорошо скоординированным противоэпидемическим мерам, а также активной вовлеченности граждан, чрезвычайно напуганных агрессивностью указанных штаммов коронавирусов.
Можно предположить, что в случае развития такого сценария вряд ли придется уговаривать граждан носить маску, а также убеждать в необходимости вакцинации. Они сами будут этого требовать. Однако следует помнить, что будучи паразитами, вирусам все же не выгодно убивать своего хозяина, то есть организм человека, в котором они размножаются.
Важно отметить, что и между различными вариантами коронавируса существует конкуренция. Например, альфа-вариант, который вызвал весеннюю волну эпидемии, был вытеснен более заразной и устойчивой дельта-версией, которая под влиянием селекционного отбора скорее всего будет вытеснена новоявленными вариантами. При этом не стоит забывать, что коронавирусы представлены лишь 30 тысячами генетическими единицами. Поэтому возможности для мутаций у них ограничены, и можно надеяться, что когда-то все это должно завершиться.