За все время пандемии коронавирус успел мутировать несколько раз, утверждают ученые, при этом мутация происходит слишком быстро. Сейчас установлено, что вирус в США и Европе отличается от вируса в Китае или Южной Корее, и на Западе он более агрессивный. Не пора ли готовится к появлению его «супертипа»?

Меры, принимаемые во всем мире для борьбы с эпидемией COVID-19, позволяют человечеству узнать больше об этом смертельном вирусе. Согласно недавней статье, опубликованной в американском журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences», на сегодняшний день существует три типа коронавируса, которые зависят от особенностей иммунитета различных групп населения. Академик Чжун Наньшань также заявил, что новый вирус посредством мутации адаптируется к окружающей человека среде и становится более заразным. Какое еще влияние окажет постоянная мутация COVID-19? Появится ли в конечном итоге «супертип» этого вируса, как беспокоятся в интернете?

Исходный тип вируса преобладает в США и Австралии

Согласно статье, опубликованной в журнале «PNAS», исследователи из Кембриджского университета в Великобритании проанализировали 160 геномов коронавируса со всего мира и установили, что «самый первый тип вируса в основном распространен в США и Австралии, а не в Ухане». Но в то же время в статье подчеркивается, что доказательства, собранные в разных уголках мира в настоящее время, не дают четкого представления о конкретном месте первоначального происхождения вируса. 

Главный автор статьи академик Королевского общества биологии, генетик Кембриджского университета Питер Форстер рассказал корреспонденту «Хуаньцю Шибао», что целью данного исследования было составление карты эволюции и распространения коронавируса нового типа посредством наблюдения за 160 геномами вируса, отобранными в мире с декабря прошлого года по март этого года.

В ходе анализа эволюционных связей COVID-19 учеными было выявлено три типа данного вируса — А, В и С. Тип А, который наиболее близок к вирусу, обнаруженному у летучих мышей и ящеров и который раньше всех передался человеку, хотя и был найден в Ухане, но не имеет ничего общего с тем типом вируса, поразившим материковый Китай. Тип А в основном встречается в США и Австралии. «Как минимум две трети подтвержденных случаев заболевания в Соединенных Штатах связаны с вирусом этого типа». На самом деле, в Ухане был распространен тип В, который мутировал из исходного типа вируса. Во Франции, Испании, Италии, Великобритании и других европейских странах был обнаружен тип С, который произошел от типа В. Образцы коронавируса типа С не встречались на материковом Китае, но обнаружились в Сингапуре, Гонконге, Южной Корее и других регионах.

Отчет об исследовании, опубликованный Кембриджским университетом, привлек повышенное внимание западных научных кругов и средств массовой информации. В комментариях под соответствующей публикацией британской газеты «Метро» интернет-пользователи заявили, что сейчас они поняли, что COVID-19 не так прост и что ранние заявления об «уханьском вирусе» были несправедливыми.

Форстер подчеркнул, что коронавирус нового типа мутировал слишком быстро, поэтому ученым было трудно отследить полную цепочку его мутаций. В настоящее время исследователи расширили объем образцов до 1001 геномов вируса. Несмотря на то, что результаты исследования еще не опубликованы, уже обозначаются некие закономерности. Форстер признал, что его коллеги из других стран настаивали на том, что «вирус, распространившийся в западных странах, скорее всего, пришел из Уханя». Несмотря на это, он был уверен в выводах, полученных его исследовательской группой: «Можно констатировать тот факт, что самые ранние образцы COVID-19, обнаруженные в Ухане, относятся к типу В, а не к исходному типу А. Вирус типа А существовал в Ухане, но только в очень небольшом количестве».

Мутировавшие типы вируса, встречающиеся за границей, более заразны?

Почему в США и Австралии обнаружилось больше случаев коронавируса, принадлежащих к типу А? Форстер считает, что это связано с особенностями генов и иммунной системы местных групп населения. Простыми словами, вирус типа А не мог адаптироваться в Ухане, поэтому мутировал в более агрессивный тип В. В США и Австралии тип А нашел большое число доступных «хозяев», в результате чего и начал быстро распространяться.

12 апреля директор Института вирусологии Уханьского университета Ян Чжаньцю рассказал корреспондентам «Хуаньцю Шибао», что в разных регионах мира распространяются различные типы вирусов, и это действительно связано с расой. Так называемая «популяционная восприимчивость к вирусу» в научном сообществе означает приспособляемость вируса к иммунной системе людей, проживающих в определенной местности. Кроме того, вирус адаптируется к животным-хозяевам и окружающей среде данной местности.

В недавнем интервью академик Чжун Наньшань подчеркнул, что COVID-19 очень быстро адаптировался к человеческому организму благодаря генной мутации, поэтому и интенсивность его распространения относительно велика. Для сравнения, смертность от коронавируса в 20 раз больше, чем от гриппа, этому действительно стоит уделить повышенное внимание. Отсюда многие беспокоятся, действительно ли вернувшиеся из-за границы носители мутировавших типов вируса более заразны?

По словам Яна Чжаньцю, к мутировавшим типам вируса, встречающимся за границей, могут быть восприимчивы только местные жители, а не китайцы, поэтому эти типы вряд ли вызовут вспышку в Китае. По его мнению, быстрое распространение вируса, с одной стороны, связано с числом его носителей, с другой, — имеет тесную связь с мобильностью людей. Сейчас в Китае мало новых случаев заболевания, потому что страна перекрыла каналы распространения эпидемии. Китай принял строгие меры изоляции для тех, кто возвращается из-за рубежа, это снизило возможности передачи вируса из-за границы и остановило его распространение. «Даже если в Китай проникнет тип вируса, который распространен в других странах, он не сможет адаптироваться. Для этого вирусу необходимо еще раз пройти процесс мутации. Таким образом, жителям Китая не нужно беспокоиться о том, что люди, возвращающиеся из-за границы, завезут еще более страшные разновидности вируса. Пока соблюдаются меры профилактики, контроля и изоляции, а также блокируются условия для передачи вируса, все будет в порядке».

Появление «супертипа» вируса маловероятно

Вслед за непрерывным распространением коронавирусной инфекции в мире также возникают опасения, что в процессе дальнейшего распространения вирус будет продолжать мутировать, или даже появится «супертип». Ян Чжаньцю пояснил, что, возможно, в будущем обнаружатся новые типы COVID-19, но это произойдет не сразу. На вопрос появится ли в конечном итоге «супертип» вируса он ответил: «Вовсе не обязательно». Потому что, чем больше мутирует вирус, тем сильнее будет адаптивность людей к этому вирусу, соответственно его способность к передаче будет снижаться, и вызвать пандемию будет непросто. В практике нет ни одного случая, когда число типов влияло бы на силу вируса. «Но стоит отметить, если место мутации вируса окажется уязвимым, то возможна более крупная вспышка», — заявил Ян Чжанцю.

Какое влияние окажет непрерывная мутация коронавируса на текущую борьбу с эпидемией? По мнению Яна Чжаньцю, различные типы вируса тесно связаны с его патогенностью. Например, тип, распространенный в Италии, обладают более высокой смертностью и патогенностью, в то время как тип, распространенный в Южной Корее и Японии, наоборот, имеет более низкие показатели патогенности и смертности. «Тяжесть заболевания, вызываемого разными типами, отличается, соответственно будут различны и методы лечения. В настоящее время мутация коронавируса оказывает большее влияние на изготовление вакцины. «К примеру, тип вируса, распространенный в Китае, принадлежит к типу В. Если мы используем вакцину против коронавируса типа В для предотвращения заражения в зоне, пораженной вирусом типа А, эффективность будет низкой». Это похоже на ситуацию ежегодной мутации вируса гриппа. Если использовать предыдущую вакцину против гриппа для предотвращения эпидемии следующего года, она не сработает. Ян Чжаньцю считает, что при появлении новых типов вируса необходимо разрабатывать и новые вакцины. Конечно, теоретически может существовать вакцина, которая будет эффективна в борьбе со всеми тремя типами вируса, но это повышает сложность разработки такой вакцины.

Условно говоря, мутация вируса не может оказать большое влияние на лекарственные препараты, поскольку они направлены преимущественно на процесс размножения вируса, в то время как вакцины направлены на сам вирус. Вирусная инфекция связана с рецепторами. Пока препарат блокирует рецепторы вируса на ранней стадии, заражение не произойдет, какой бы тип вируса это ни был.

Scientific American (США): как сахар в крови вызывает смертоносную иммунную реакцию при гриппе, а возможно, и при COVID-19

Как считается, при COVID-19 больному часто вредит реакция его собственной иммунной системы. Исследуя аналогичное явление, иногда возникающее при гриппе, ученые выявили в его основе каскад реакций с участием глюкозы, пишет Scientific American. Это может помочь в поиске средств для борьбы с болезнью, полагает автор.

Метаболизм глюкозы играет ключевую роль в гиперцитокинемии, возникающей во время гриппа, и эта связь может иметь определенные последствия для новых коронавирусных инфекций. 

По всей видимости, многим людям, умирающим во время пандемии COVID-19, больше вредит не сам вирус, а их собственная иммунная система. Инфекция может спровоцировать гиперцитокинемию, или цитокиновую бурю, как называют резкий рост сигнальных протеинов, которые вызывают воспаление, поражающее легкие, ткани, и могущее привести к отказу органов и к смерти. Но это явление не уникальное, и оно не ограничено COVID-19. Иногда цитокиновая буря возникает и при тяжелой форме гриппа. Недавно было проведено исследование, проливающее свет на один из механизмов метаболизма, который инициирует такое безудержное воспаление.

Ученым уже давно известно, что вирусная инфекция может повлиять на клеточный метаболизм человека, как называют систему биохимических реакций, необходимых для обеспечения энергией всего того, что делает клетка. В своей новой работе ученые показывают, что у живых мышей и у человеческих клеток вирус гриппа А (один из двух типов, обычно вызывающий сезонную вспышку гриппа), провоцирует цепочку клеточных событий, или каскад реакций, который усиливает метаболизм глюкозы. Это, в свою очередь, дает толчок лавинообразному производству цитокинов. И если заблокировать ключевой энзим, отвечающий за каскад реакций с участием глюкозы, можно будет предотвратить смертоносную цитокиновую бурю. Об этом говорится в научном исследовании, опубликованном на прошлой неделе в журнале «Достижения науки» (Science Advances).

Это исследование не было посвящено новому коронавирусу, однако ученые говорят, что в вызываемой им болезни COVID-19 могут действовать точно такие же механизмы. Этой связью можно объяснить то, почему у людей с диабетом выше риск умереть от коронавируса. 

Когда вирус заражает клетку, он крадет у нее ресурсы, чтобы делать копии самого себя, объясняет иммунолог Пол Томас (Paul Thomas), работающий в Мемфисе в детском исследовательском госпитале святого апостола Иуды и не участвовавший в новом исследовании. Инфицированным клеткам приходится активизировать свой обмен веществ, чтобы пополнить украденные ресурсы, а здоровые клетки вынуждены делать то же самое, чтобы дать эффективный иммунный ответ, говорит он.

Проведенные ранее исследования показали, что при заражении гриппом усиливается метаболизм глюкозы, или той молекулы сахара, которая питает деятельность клеток. Авторы новой работы как и прежде сумели идентифицировать метаболический путь с участием сигнального белка под названием регуляторный фактор интерферона 5 (IRF5), через который заражение гриппом может привести к гиперцитокинемии.

Коллектив ученых в своем исследовании на молекулярном уровне выяснил, каким образом каскад реакций метаболизма глюкозы, активируемый инфекцией, приводит к неконтролируемой иммунной реакции. Во время инфекции высокое содержание глюкозы в крови заставляет энзим OGT привязываться к IRF5 и химически модифицировать его в процессе гликозилирования. Это способствует еще одной химической модификации под названием убиквитинирование, которая приводит к реакции цитокинового воспаления.

Исследователи заразили мышей гриппом А, а затем стали вводить им сахар глюкозамин, который вызывает реакцию метаболизма глюкозы. Они показали, что это увеличивает производство цитокинов. Далее они генетическим путем вывели мышей без гена, обеспечивающего выработку OGT. У этих мышей не было чрезмерной цитокиновой реакции на глюкозамин.

Наконец, они проанализировали образцы крови, взятые у больных гриппом и у здоровых пациентов в китайском Ухане в период с 2018 по 2019 год. Они обнаружили, что в крови больных гриппом уровень глюкозы выше, и соответственно, выше содержание сигнальных молекул иммунной системы, чем у здоровых пациентов. Такой результат подтвердил идею о том, что метаболизм глюкозы играет определенную роль в инфекции гриппа.

Эти выводы указывают на то, что для предотвращения цитокиновой бури, возникающей при гриппе и других вирусных инфекциях, можно вмешиваться в этот каскад реакций. Однако такое вмешательство следует осуществлять крайне осторожно, чтобы не лишить организм возможности бороться с вирусом.

«Не исключено, что вмешиваться в метаболизм глюкозы следует с применением химических ингибиторов, регулируя выработку цитокинов, — говорит соавтор исследования, профессор Эссенского института вирусологии Менгджи Лу (Mengji Lu). — Но следует сказать, что энергетический обмен веществ жизненно важен для наших иммунных клеток, чтобы бороться с вирусом. Наверное, важно комбинировать противовирусное лечение и ингибиторы метаболизма, подавляя вирус и в то же время ослабляя чрезмерную иммунную реакцию».

Похожий процесс неудержимого производства цитокинов отмечается и во время COVID-19, говорит профессор Лу. Однако у нас нет конкретных лекарств, воздействующих на вирус SARS-CoV-2, который вызывает эту болезнь, добавляет он. А поэтому «вмешательство в один только энергетический обмен веществ может привести к разрушению иммунной защиты, но никакой пользы не принесет».

Другие ученые хвалят проведенное исследование. «Они провели замечательную работу, предложив и проверив один механизм, посредством которого метаболические изменения могут способствовать воспалительной реакции», — говорит Томас. Более ранние исследования в общем виде показывали, что метаболизм глюкозы играет определенную роль в реагировании на инфекцию гриппа. Но в этом исследовании подробно показано то, что происходит на молекулярном уровне, и как вмешательство в этот процесс может предотвратить неконтролируемое воспаление, отмечает он.

Эти выводы подтверждают то, что в 2018 году в ходе исследования того же самого метаболического пути с использованием другого вируса вместе с коллегами обнаружил Хайтао Вэнь (Haitao Wen), ныне работающий доцентом иммунологии в университете штата Огайо. К таким же выводам в 2019 году пришла другая группа ученых. Все три исследования показывают, что участвующий в этом метаболическом пути энзим OGT нужен для того, чтобы вызвать стрессовую реакцию носителя на вирусную инфекцию. «Начальная точка этой стрессовой реакции состоит в усилении антипатогенной иммунной реакции и в попытке бороться с вирусом, — говорит Вэнь, который не участвовал в новом исследовании. — Но если воспалительный процесс будет продолжаться, он вызовет побочный ущерб».

Принимая во внимание роль глюкозы в этом каскаде реакций, можно ли предположить, что рацион питания человека способен повлиять на его ответ на вирусную инфекцию? «Это очень хороший вопрос, — говорит Вэнь. — В данный момент я считаю, что пока слишком рано делать выводы о том, можно ли с помощью особой диеты побороть вирусную инфекцию». Ученым известно, что люди с диабетом второго типа в большей мере подвержены инфекции гриппа в тяжелой форме. Но это вызвано не тем, что у них в крови выше уровень глюкозы. Главная причина, отмечает Вэнь, заключается в том, что они не могут использовать глюкозу эффективно, а поэтому не могут инициировать должным образом противовирусную реакцию.

Так или иначе, есть надежда на то, что вмешавшись в процесс метаболизма глюкозы, мы сможем предотвратить смертоносные цитокиновые бури, которые случаются у тяжелых больных гриппом и COVID-19. Но коллектив Лу пока не проводил исследования на людях. «В настоящее время у нас нет данных по пациентам, демонстрирующим эффект от вмешательства в энергетический обмен веществ, — говорит он. — Пока еще рано делать выводы о возможном клиническом использовании».

Scientific American (США): что на самом деле означает иммунитет к COVID-19?

Сейчас все более широкое распространение получают тесты на антитела к коронавирусу. Многие рассчитывают, что с их помощью можно будет определить обладателей иммунитета. Однако в действительности ученые пока не знают, возникает ли иммунитет к COVID-19, и если возникает, то насколько устойчивый, пишет Scientific American.

Наличие антител может обеспечить некоторую защиту от вируса SARS-CoV-2, но ученым нужно больше данных. 

правление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США недавно предоставило «разрешение на экстренное использование» анализа крови на антитела к новому коронавирусу SARS-CoV-2, вызывающему COVID-19. Это первый тест, утвержденный для рынка США. И одобрен он в то время, когда эксперты и руководители из сферы здравоохранения рассматривают иммунитет как средство, способное положить конец пандемии. Компания из Колорадо, которая производит тесты на антитела к коронавирусу, передала такие наборы округу Сан-Мигель, чтобы каждый мог при желании пройти проверку. А в Италии политики хотят наладить проверку состояния антител в организме, чтобы определить, каким людям можно дать разрешение вернуться на работу.

Несколько амбициозных исследований с целью проверки этих антител начаты по всему миру. Исследование Всемирной организации здравоохранения под названием «Солидарность 2» имеет целью собрать данные об антителах из нескольких стран. В США реализуется совместный многолетний проект, направленный на то, чтобы дать представление о распространенности антител в масштабах всей страны. На первом этапе идет сбор образцов крови доноров в шести крупных городах, включая Нью-Йорк, Сиэтл и Миннеаполис. И эти усилия перерастут в три общенациональных исследования доноров при поддержке Центров по контролю и профилактике заболеваний. Они будут проводиться осенью этого и 2021 годов.

В отличие от диагностических тестов, которые используются для подтверждения наличия, а иногда и концентрации вируса, тесты на антитела помогают определить, был ли человек ранее инфицирован или нет, даже если у этого человека отсутствовали симптомы. Широкое использование таких анализов поможет ученым лучше понять, насколько смертоносен этот вирус, и насколько широко он распространился среди населения. 

Однако менее ясно, что эти тесты на антитела могут значить в реальной жизни, потому что иммунитет функционирует непрерывно. С некоторыми болезнетворными микроорганизмами, такими как вирус варицелла-зостер (он вызывает ветряную оспу), инфекция обеспечивает почти универсальную и длительную устойчивость. С другой стороны, естественное заражение столбнячной палочкой, которая вызывает столбняк, не обеспечивает защиту, и даже привитым людям требуется регулярная повторная иммунизация. Более того, люди, инфицированные ВИЧ, часто имеют большое количество антител, но они никоим образом не предотвращают заболевание и не излечивают от него.

Сейчас мы находимся на ранней стадии изучения нового коронавируса, и нам неясно, где COVID-19 попадает в спектр иммунитета. Хотя большинство людей с SARS-CoV-2, по-видимому, вырабатывают антитела, «мы просто еще не знаем, что нужно для эффективной защиты от этой инфекции», говорит профессор патологии и молекулярной медицины Дон Боудиш (Dawn Bowdish), работающий в Онтарио в Университете Макмастера на кафедре геронтологии и иммунитета. Исследователи изо всех сил пытаются ответить на два вопроса: как долго антитела SARS-CoV-2 сохраняются, и защищают ли они от повторного заражения?

Ранее некоторые люди, в частности, премьер-министр Великобритании Борис Джонсон (он заразился и в настоящее время находится в реанимации) и научный советник его правительства Патрик Валланс (Patrick Vallance) выражали надежду, что групповой иммунитет может стать тем средством, которое покончит с пандемией. И хотя у выздоровевших пациентов с COVID-19 антитела, по всей видимости, сохраняются в течение как минимум двух недель, долгосрочные данные все еще отсутствуют. Поэтому многие ученые ищут ответы, исследуя другие коронавирусы.

Например, иммунитет к сезонным коронавирусам (скажем, вызывающим обычную ОРВИ) начинает снижаться через пару недель после заражения. И в течение года некоторые люди вполне могут заразиться повторно. Это наблюдение обескураживает, так как эксперты говорят, что вакцина от COVID-19 появится у нас не раньше, чем через полтора года. Но исследования вируса SARS-CoV, который вызывает тяжелый острый респираторный синдром, или SARS, и у которого много общего генетического материала с SARS-CoV-2, дают больше надежд. Тестирование антител показывает, что пик иммунитета от SARS-CoV наступает примерно через четыре месяца и обеспечивает защиту в течение примерно двух — трех лет. Санитарный врач Прити Малани (Preeti Malani), работающая профессором медицины в Университете Мичигана, рассказала во время видеоинтервью с главным редактором «Журнала американской медицинской ассоциации» Говардом Баухнером (Howard Bauchner), что этот период дает «достаточно времени для создания вакцин и методов лечения» COVID-19.

Но даже если антитела остаются в организме, нет никакой уверенности, что они предотвратят будущую инфекцию. Боудиш отмечает, что нам нужны нейтрализующие антитела. Это белки, которые уменьшают и предотвращают инфекцию, связываясь с той частью вируса, которая прикрепляется к клетке-хозяину и «вскрывает» ее. Их относительно легко обнаружить, и разработчикам вакцин создать такое средство гораздо легче, чем альтернативу, какой являются Т-клетки иммунной системы. А не нейтрализующие антитела все-таки распознают части патогена, но они не связываются с ним и поэтому не предотвращают его проникновение в клетки.

«Если люди естественным образом вырабатывают нейтрализующие антитела [против SARS-CoV-2], то все, что нам нужно сделать, это понять, на каких участках они связываются с вирусом, и реально нацелиться на тот маленький кусочек белка, который станет нашей «серебряной пулей», — говорит Боудиш. У SARS-CoV-2 такой мишенью, скорее всего, является прикрепляющийся к рецептору шиповидный гликопротеин, который вирус использует для проникновения в клетки. Но, отмечает Боудиш, это место может представлять проблему, потому что иммунная система человека не очень хорошо умеет вырабатывать антитела против веществ, покрытых сахаром.

Тем не менее, несколько небольших исследований клеток в лабораторных условиях показывают, что инфекция SARS-CoV-2 запускает выработку нейтрализующих антител. А исследования на животных демонстрируют, что такие антитела предотвращают повторное заражение, по крайней мере, в течение пары недель. Кроме того, поскольку некоторые антитела, по-видимому, распознают и реагируют на шиповидные белки различных коронавирусов, включая SARS-CoV и MERS-CoV (вирус, вызывающий ближневосточный респираторный синдром, или MERS), исследователи могут опираться на знания, полученные во время предыдущих вспышек.

Исследование реальной устойчивости к SARS-CoV-2 находится на начальном этапе, и многое остается неизвестным. В ходе одного исследования ученые не обнаружили корреляции между вирусной нагрузкой и наличием антител, и это вызвало у них сомнения в том, что антитела участвуют в уничтожении вируса в организме инфицированных людей. Кроме того, получившие оценки исследования SARS-CoV и предварительные исследования SARS-CoV-2 свидетельствуют о том, что некоторые не нейтрализующие антитела могут вызывать вредный иммунный ответ при повторном заражении этими патогенами или при перекрестном заражении вместе с другими коронавирусами. Таким образом, хотя большая часть новых исследований является многообещающей, Боудиш предостерегает от использования тестирования на антитела для разработки руководящих указаний по лечению, говоря, что надо подождать, пока исследователи не узнают, сколько выживших после COVID-19 производят нейтрализующие антитела.

В идеальном мире иммунитет к SARS-CoV-2 напоминал бы тот, который приобретают переболевшие ветрянкой дети. Первые исследования показывают, что нас ждет гораздо более сложный сценарий, но мы в силах справиться с этим вызовом, если у нас будет время, и мы сможем наладить беспрецедентное глобальное сотрудничество. В конечном итоге тесты на антитела могут стать ключом к тому, чтобы вернуть нашу жизнь и экономику в нормальное русло. На данный момент они обещают дать экспертам, чиновникам и гражданам более четкое представление о пандемии.