Мышиная история: ученые нашли в «Омикроне» связь с лабораторным вирусом
Полтора года назад в США и Китае были начаты работы по направленному мутагенезу коронавируса, для того чтобы он мог заражать обычных лабораторных мышей. Это делалось для изучения действия вакцин и новых лекарств — как известно, обычных мышей SARS-CoV-2 не заражает. Разработками занимались ученые из Северной Каролины и Уханя, которые ранее работали над усилением инфекционности коронавирусов (об этом «Известия» рассказывали в самом начале пандемии). Таким образом, сейчас существует несколько искусственно созданных возбудителей COVID-19 для лабораторных мышей, один из которых, вероятно, мог заразить человека и привести к появлению «Омикрона». Этим можно объяснить большое количество мутаций в этом варианте вируса. Причем несколько из них есть не только в «Омикроне», но и в искусственно созданном SARS-CoV-2 для заражения мышей. Впрочем, эти же мутации могли появиться и параллельно у вируса, «перескочившего» к диким мышам.
Промежуточный хозяин
12 декабря научная литература пополнилась препринтом, который опубликовали ученые из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук. Исследователи привели доказательные аргументы в пользу того, что «Омикрон» вряд ли мог накопить так много мутаций только в человеческой популяции. Вероятно, чтобы получить такое количество изменений, ему пришлось «перепрыгнуть» сначала в мышь, а потом обратно, считают китайские ученые.
Исследователи сравнили скорость накопления мутаций среди различных вариантов SARS-CoV-2 и обнаружили, что они появлялись в спайк-белке в среднем со скоростью 0,45 мутации в месяц. В «Омикроне» же 27 изменений накопились в течение 18 месяцев, что эквивалентно примерно полутора мутациям в месяц. Это в 3,3 раза быстрее, чем средний показатель по другим вариантам, указали исследователи.
Спайковый белок, которым вирус прикрепляется к клеткам потенциального носителя, определяет, какие организмы патоген может заразить. Поэтому ученые выдвинули гипотезу о том, что прародитель «Омикрона» мог перейти от людей к животным, потому что этот процесс потребовал бы существенных мутаций в шипе для быстрой адаптации к новому хозяину. Исследователи сравнили молекулярный спектр изменений и поняли, что, скорее всего, они соответствуют эволюционной адаптации к мышам.
Чтобы это доказать, ученые сначала охарактеризовали молекулярные спектры коронавирусов, эволюционировавших у разных видов хозяев, для сравнения с молекулярными спектрами «Омикрона». Они взяли 17 последовательностей коронавирусов мышей, 13 собачьих, 54 кошачьих, 23 коронавируса крупного рогатого скота и 110 свиных дельта-коронавирусов. Сравнив выделенные варианты с «Омикроном», ученые убедились, что его промежуточным хозяином, наиболее вероятно, была мышь.
— Авторы статьи предоставили достаточно убедительные доказательства того, что «Омикрон» совершил двойной прыжок, — отметил в своем разговоре с «Известиями» профессор кафедры геномики и биоинформатики СФУ, профессор Геттингенского университета Константин Крутовский.
Мышиный вирус
В статье китайские ученые обратили внимание на две мутации, которые есть только у «Омикрона» и отсутствуют у других штаммов.
«Примечательно, что только Q493R и Q498R (мутации «Омикрона». — «Известия») значительно увеличили аффинность (силу взаимодействия. — «Известия») связывания с мышиным ACE2 (рецептор, «входные ворота» для коронавируса. — «Известия»), который соответствует их обнаружению в адаптированных к мышам вариантах SARS-CoV-2», — отметили исследователи.
Уточним: существуют специально созданные в лабораториях коронавирусы, которые способны заражать мышей. Как известно, обычный SARS-CoV-2 для этих животных не опасен. Чтобы проводить лабораторные эксперименты, сначала были созданы трансгенные мыши с человеческим рецептором ACE2, но оказалось, что они быстро умирают, очень дорогие (около $3 тыс. за штуку) и не развивают заболевания с симптомами, похожими на COVID-19. Тогда ученые решили с помощью направленного мутагенеза изменить SARS-CoV-2 таким образом, чтобы он смог заражать мышей.
Двое ученых, которых некоторые люди связывают с началом пандемии COVID-19, — американец Ральф Барик и китаянка Ши Чжэнли — со своими научными группами уже полтора года назад стали публиковать научные статьи с результатами создания коронавирусов, «подогнанных» под мышей. Как писали «Известия», раньше эти ученые тесно сотрудничали, выпуская совместные научные статьи.
Теперь же можно проследить две отдельных линии — американскую и китайскую. И в том, и в другом случае изначально брали обычный SARS-CoV-2 и переносили его с человеческих клеток на мышиные, постепенно увеличивая инфекционность. В некоторых случаях хватало шести пассажей (переносов), где-то требовалось десять, как в случае с вирусом Ральфа Барика SARS-CoV-2 MA10.
Ученые доводили вирус до того состояния, когда вызываемое им заболевание будет давать точно такие же симптомы, как COVID-19. На этом пути было получено несколько успешных вариантов (MASCp6, MA10, HRB26 и другие).
«В этом исследовании мы описываем летальную мышиную модель патогенеза SARS-CoV-2 (SARS-CoV-2 MA10) на мышах, которая воспроизводит возрастную тяжесть заболевания, наблюдаемую у людей, — писали американские ученые. — Разработка SARS-CoV-2 MA10 обеспечивает надежную модель для механического решения новых вопросов, касающихся иммунитета, COVID-19 и его патогенеза».
«Известия» отправили Ральфу Барику письмо с вопросами о связи SARS-CoV-2 MA10 с «Омикроном», но ответа на момент публикации не получили.
Параллельная реальность
Китайские ученые также публикуют статьи с подобными результатами.
«Для создания адаптированного к мышам штамма SARS-CoV-2 вирус Wuhan-Hu-1 дикого типа (WT) (исходный уханьский вариант коронавируса. — «Известия») адаптировали путем серийного пассажа (11 раундов) в легких мышей», — рассказали исследователи из Уханя в своей статье.
Таким образом был создан вариант мышиного коронавируса WBP-1.
«WBP-1 у мышей воспроизводит патогенные характеристики, которые очень напоминают многие клинические проявления COVID-19 у человека, включая заболеваемость, смертность и легочную патологию», — написано в статье.
Там также сказано, что работу финансировали Национальная программа ведущих исследований и разработок Китая, экстренный научно-технический проект провинции Хубэй и американский Фонд Роберта А. Уэлча (то есть на каком-то уровне США и Китай еще продолжали сотрудничать).
Также у китайцев вышла еще одна статья про то, как неизмененный человеческий SARS-CoV-2 быстро адаптируется у старых мышей BALB/c — это линия альбиносных лабораторных животных. Здесь среди авторов работы указана уже сама Ши Чжэнли — известная китайская исследовательница летучих мышей из Уханьского института вирусологии.
«Известия» отправили Мэйлин Джин письмо с вопросами о связи WBP-1 с «Омикроном», но ответа на момент публикации не получили.
Странно похожие мутации
Если вернуться к особым «мышиным» мутациям «Омикрона», то им посвящена отдельная статья, опубликованная еще 14 мая 2021 года. Она называется «Замены Q493K и Q498H в шипе способствуют адаптации SARS-CoV-2 у мышей». Впрочем, в вышеупомянутых работах китайские ученые указывали, что особое связывание коронавируса с мышиным АСЕ2 обеспечивают другие мутации — Q493R и Q498R.
«Известия» обратились к генетикам с вопросом, можно ли считать близкими изменения Q493K и Q493R, а также Q498H и Q498R.
— Аргинин (R), гистидин (H) и лизин (K) относятся к одной группе полярных положительно электрически заряженных аминокислот и относительно сходны по своим физико-химическим свойствам, — ответил на этот вопрос Константин Крутовский. — Поэтому можно предполагать, что мутации Q498R («Омикрон») и Q498H (мышиный), или мутации Q493R («Омикрон») и Q493K (мышиный) в определенной степени схоже влияют на функции белка-шипа.
Однако, по мнению эксперта, эти же мутации могли образоваться у вирусов и в организмах диких мышей.
— Я верю, что вирус мог совершить двойной прыжок, но думаю, что промежуточными хозяевами были обычные домашние или дикие мыши, — сказал ученый. — Где-нибудь в Ботсване или ЮАР, где люди гораздо ближе к природе, вирус мог перейти сначала к обычным мышам, а потом обратно. Мыши и крысы вообще довольно часто передают людям разные инфекции.
Недавно с заявлением о том, что «Омикрон», вероятно, «заставляли» мутировать для того, чтобы он принял такой новый облик, выступил президент РАН Александр Сергеев.
Однако есть специалисты, которые всё же считают двойной прыжок маловероятным. Такого мнения придерживается руководитель лаборатории геномной инженерии МФТИ Павел Волчков.
— Статья о двойном прыжке коронавируса чисто биоинформатическая — в этом исследовании нет ни одного «мокрого» эксперимента, — сказал ученый. — Тем не менее прежде всего нужно было бы проверить — заражает ли «Омикрон» мышей? На данный простой вопрос в статье ответа нет.
По мнению Павла Волчкова, скорее можно представить себе долгое накопление мутаций в организмах зараженных ВИЧ и лечащихся от СПИДа людей, нежели двойной прыжок от человека к мыши и обратно.
Глава Центра им. Н.Ф. Гамалеи Александр Гинцбург считает, что пока наука не обладает достаточно точными инструментами для того, чтобы ответить на вопрос, откуда в «Омикроне» такое количество мутаций.
— Как и в случае возможности узнать, кто виновен в начале пандемии, рукотворный вирус или нет, пока не будет чистосердечного признания. Расследовать этот случай только по нуклеотидной последовательности не получится, — уверен ученый.
По словам академика РАН, у РНК-вирусов такая изменчивость, что при создании определенных условий можно отобрать любой вариант без всякого рукотворного вмешательства. Поэтому вероятны как версия заражения от лабораторных мышей, так и заражения от диких, а также мутации «Омикрона» в легких людей с иммунодефицитом, считает он.
