|
| |
|---|---|
|
Задолго до первого сообщения о новой похожей на грипп болезни в Китайской провинции Hubei, летучая мышь - или даже целая колония их - летала вокруг региона, перенося новый тип короновируса. В то время вирус ещё не был столь опасным для людей. Затем, приблизительно в конце ноября он приобрел небольшую дополнительную мутацию, эволюционировав в вирусную линию, которую мы теперь называем SARS-CoV-2. После этого вирусная РНК начала пандемию COVID-19.
Как и в большинстве таких взрывов, мутации, которые запустили этот глобальный кризис, сначала оставались не установленными, даже в семействе короновирусов, уже известных как причина различных болезней у людей.. "Эти вирусы уже давно оставались недостаточно изученными и не привлекали к себе внимания или субсидирования, которого они заслуживали," говорил мне Craig Wilen, вирусолог из Yale University.
Короновирус летучих мышей, вызвавший вспышку SARS, запугавшей большую часть мира и убивший 774 человек 2002 и 2003, прежде, чем удалось его сдержать. С тех пор он регулярно давал вспышки на Среднем Востоке респираторного синдрома или MERS, вызываемый др. короновирусом летучих мышей, который проходил через верблюдов; с 2012 он убил 884 человек. Большинство исследований вместо того, чтобы обратиться к потенциальной пандемии, тем не менее продолжало концентрироваться на вирусе гриппа, таком как птичий грипп, поскольку он ежегодно вызывал значительную гибель людей. COVID-19 продемонстрировал опасность такого однонаправленного подхода.
DO NO HARM: летучие мыши (подобно подковоносам (horseshoe bat) широко распространены в Китае ) несут десятки вирусов из семейства короновирусов. Большинство вирусов живут в гармонии со своим хозяином и не причиняют им вреда. (Taylor, Stoffberg, Monadjem, Schoeman, Bayliss & Cotterill / Wikimedia).
ять тревогу Лишь немногие ученые попытались поднять тревогу. В исследовании 2015 года, эпидемиолог Ralph Baric с коллегами из University of North Carolina проанализировали геном короновирусов летучих мышей и предупредили. "Наша работа указывает на потенциальный риск вируса SARS-CoV, возникающего из вирусов, сегодня, распространенных в популяциях летучих мышей."1 Вторая работа той же самой группы на следующий го предупредила, что SARS-подобная болезнь, вызванная короновирусом летучих мышей, "готова к появлению у людей."2
Летучие мыши являются хорошо известным резервуаром для потенциальных новых болезней у людей. Животные несут десятки, даже сотни вирусов семейства короновирусов. Большинство из этих вирусов являются частью нормального микробиома летучих мышей, живущих в гармонии со своим хозяином и не приносящие им вреда. Но короновирусы, подобно всем формам жизни, накапливают случайные генетические изменения во время своей репродукции. Случайно возникшие мутации позволяют вирусам инфицировать др. животных (включая людей) и тем самым выигрывают в результате естественного отбора: продуцируя всё больше производных. Что хорошо для вирусов для нас совсем нет.
Две критические мутации в короновирусах летучих мышей привели нас к пандемии COVID-19. Первая мутация модифицировала структуру шипоподобных образований, выпячивающихся из вируса. Эти выпячивания предоставляют вирусу название его семейства: "Corona" означает "корона" по латински. Изменения шипов позволили вирусу закрепляться на белке, наз. ACE2, который находится в выстилке респираторного тракта.3 Родственный вирус, ответственный за эпидемические SARS использует сходный механизм инфекции, как это делают и др. короновирусы летучих мышей, которые вызывают широко распространенные простуды у людей.
Вторая ключевая мутация позволила короновирусу выращивать белковый кинжал (dagger), наз. furin, который может разрезать др. белки, чтобы позволить вирусу соединиться прочно с клетками гортани и легких.4 Белок furin сделал вирус COVID-19 столь инфекционным и гибельным для людей.В этом смысле, SARS-CoV-2 является сходным с сибирской язвой и разными птичьими гриппами, которые также базируются на furins, чтобы распространять свою инфекцию.
Две критические мутации в короновирусе летучих мышей открыли путь для COVID-19.
Эти мутации появились, когда вирус ещё циркулировал у летучих мышей. Возможно также, что одна или обе мутации попали лицу, который уже был инфицирован более ранней версией вируса, но при этом не обнаруживал симптомов заражения. Наиболее вероятно, что между летучими мышами и человеком был промежуточный хозяин. Ящерицы, дорогие создания в Китае, котороые потребляются в пищу и используются в качестве медицинского средства из-за их чешуек (scales), являются наиболее вероятными кандидатами. Эпидемиологи подозревают, что некто покупал ящериц на одном из "wet рынков" в Ухане и потребил инфицированную покупку, создав цепочку передачи.
На сегодня эта история возникновения COVID-19 является гипотезой. "Я подозреваю, мы никогда не узнаем," говорит Wilen, поскольку мы имеем недостаточное количество примеров вирусов у летучих мышей, людей и потенциальных промежуточных хозяев. Но эта история сравнима со способами, которыми большинство патогенов передается между видами. Этот процесс перехода от одного вида на др., называется zoonosis, он объясняет 60% болезней человека и 75% вновь возникающих инфекций. ALSO IN GENETICS Science Is Proving That Tragic Curses Are Real
By Mike Mariani
В первой части Софокла Антигона судьба главного персонажа оплакивается хором: How many miseries our father caused! And is there one of them that does not fall On us while yet we live? Antigone must reckon with the choices...
Описание слишком совпадает с детальными новыми исследованиями вируса, используемого в качестве инструмента в генетической эпидемиологии.5 Природа предоставляет подходящее время, чтобы исследователи постарались реконструировать историю и развитие вирусов, таких как COVID-19. Каждый геном мутирует с предсказуемой фоновой скоростью. Большинство мутаций не оказывает существенного эффекта на биологию организма, но tick-tick-tick генетических изменений позволяет ученым сконструировать порядок, с которым разные линии или виды дивергируют др. от др. С такой информацией на руках они могут затем сконструировать филогенетическое древо - разветвленную диаграмму, которая отражает эволюционные взаимоотношения.
10 января группа китайских и австралийских исследователей опубликовала первую последовательность (then-unnamed) нового вируса, приведшего к вспышке в Юхане в GenBank, открытом источнике генетических данных. Быстро последовали и др. последовательности из Юханя, позволившие Trevor Bedford из Fred Hutchinson Cancer Research Center in Seattle начать конструирование филогенетического древа вируса, который теперь называется SARS-CoV-2.
Сначала не было обнаружено признаков, что вирус становится смертельным или инфекционным.
Когда вспышка вызывается несколькими вирусами, которые появляются из множественных источников, то д. обнаруживаться большое генетическое разнообразие. В действительности, Bedford обнаружил незначительные изменения. "Очень рано стало ясно, что геном nCoV лишен ожидаемого генетического разнообразия, которое могло бы быть результатом повторяющихся zoonotic событий из разных животных резервуаров. 13 января первые случаи COVID-19 появились вне Китая, в Тайланде. Исходя из этих двух случаев в своей базе данных, Bedford пришел к выводу, что мир стоит перед лицом вспышки одной, из смертельной новой болезни.
"Вывод о значительной передаче от человека человеку стало невозможно игнорировать 17 января, когда геномы нового короновируса от двух тайских путешественников обнаружили то же самое, генетически лимитированное разнообразие," говорит он. "Эти геномные данные предоставили одно из первых и наиболее строгое указание на устойчивое, эпидемическое распространение. Мне стало ясно, и я спустя неделю, 20 января, оповестил все органы здравоохранения официально о своих выводах."
Почти никто меня не услышал. "Я был ошеломлен продолжающейся недооценкой и ограниченным тестированием," вспоминал Bedford. США не объяляло о чрезвычайном положении вплоть до 13 марта.
Bedford затем стал пытаться ассистировать следующим стадиям обнаружения и борьбы с пандемией COVID-19. Он и его группа выдвинули проект, наз. Nexstrain, что необходимо отслеживать многие патогены, включая грипп, туберкулез, вирус Западного Нила и SARS-CoV-2. Когда 20 марта филогенетическое древо для SARS-CoV-2 включало 855 геномных последовательностей из разных линий. Геномные последовательности каталогизировали в Nexstrain и др. геномных базах данных, что позволило специалистам по инфекционным болезням отслеживать любое вызывающее тревогу изменение вируса.
Пока не было признаков, что вирус становится более смертельным или инфекционным - хотя никто не был уверен, что это не так. Почти стаз типичный для нового патогена для человека. В перспективе эволюционного развития SARS-CoV-2 уже проделал огромную работу по воспроизведению самого себя. Поэтому он нуждался лишь в незначительном изменении эволюционного давления. Вирусы будут сохранять свои свойства до тех пор, пока они поддерживаются или не убьют своего хозяина.
Модель того, как COVID-19 может изменяться базируется на данных по HIV/AIDS. "Хотя ни одна из COVID-19 мутаций не кажется особенно интересной, имеются некоторые указания, что этого можно ожидать," говорит Bedford. Необходимо особенно бдительно наблюдать все мутации в белках отростков (spike), которые могут иметь большое значение для разработки вакцины.
Сезонный грипп иллюстрирует огромное значение вирусных мутаций. Вирус гриппа нацелен на инфицирование людей постоянно, поскольку белки на его поверхности сохраняют изменения. Наша иммунная система неспособна распознавать вирусные перестроенные белки, поэтому необходимо новое изменение гриппа каждый год. К сожалению, SARS-CoV-2 совершенно иной. Вирусы гриппа имеют значительно меньший набор генов и циркулируют постоянно между многими видами - свиньями, птицами и людьми. Все это делает мутации более похожими на гриппозные, чем короновирусные, которые содержат один из самых больших РНК вирусных геномов и которые перепрыгивают барьер между видами значительно менее часто.
Лучшей моделью того, как COVID-19 может меняться является является HIV/AIDS. Согласно некоторым наиболее элегантным эпидемиологическим работам, мы знаем, что родоначальником является HIV, живущий у обезьян и не приносящий им вреда, прежде чем перепрыгнуть на шимпанзе, возморжно благодаря неблагоразумному потреблению в пищу.6 У шимпанзе вирус эволюционирует в очень похожий на современный HIV. Около 1931, AIDS впервые появился у человека в юго-западном Камеруне, возможно некоторые забивали шимпанзе на пищу и got cut. HIV оставался редким среди людей сельской Африки до тех пор, пока не достиг городов Киншасы, теперь Democratic Republic of the Congo. Как только он достиг городских поселений, передача вируса стала взрывной, сначала здесь, а потом во всем мире.
Когда HIV был открыт в 1981, многие люди опасались, что он будет мутировать и становиться ещё смертоноснее, и распространяться по воздуху. Никто не знал, что вирус уже существовал около 40 лет без изменения. Однако спустя 4 декады HIV не становился более смертоносным или инфекционным, хотя он уже инфицировал 75 миллионов людей и убил 32 миллиона. Отрезвление наступало по мере роста числа др. болезней, которые перешли с животных на человека. Даже если вирус COVID-19 будет обнаруживать низкую изменчивость, подобно HIV, пройдет много лет, прежде чем его удастся полностью контролировать. И всё больше вспышек болезней от животных , скорее всего, будут обусловлены ростом популяции и вторжением человека в дикую среду.
Сможем ли мы извлечь урок? Конечно, вирусологи получат финансирование. Почти в каждой стране идут споры о готовности к др. пандемиям. И вскоре после современной вспышки, Китайское правительство запретило продавать живых животных для потребленияв пищу и для медицинских целей на плохо контролируемых ветеринарных рынках.
Китай сделал тоже самое после вспышки SARS, когда эпидемиологи установили, что вирус начался с летучих мышей и распространился через подобных кошкам, наз. civet, также продаваемых на рынках животных. Спустя годы и коррупция быстро позволят открыть эти рынки снова.
Robert Bazell is adjunct professor of Molecular, Cellular, and Developmental Biology at Yale. For 38 years, he was chief science correspondent for NBC News.
|