Что значит "более заразный"?

В Великобритании, а также в Нидерландах, Дании и Австралии обнаружен новый штамм коронавируса, сообщила Всемирная организация здравоохранения. Чем опасен новый вариант SARS-CoV-2 рассказывает молекулярный биолог, научный журналист, автор книги о коронавирусе «Вирус, который сломал планету» Ирина Якутенко.

Великобритания внезапно резко ужесточила меры на Рождество в нескольких регионах на юго-западе страны, в том числе в Лондоне (все «неважные» магазины закрыты и никаких гостей). Причина — новый штамм SARS-CoV-2, который, по словам Бориса Джонсона, из-за мутаций распространяется на 70% быстрее других штаммов. И, возможно, может оказаться устойчивым к антителам, которые генерируются имеющимися вакцинами, разработанными на основе спайк-белка, взятого от «старых» штаммов.

Ужас, кошмар, вакцины бесполезны, ковид с нами навсегда, какой бесславный конец человечества. Но, как советовал нам путеводитель по Галактике для путешествующих автостопом, don’t panic. Давайте разберемся, что это за штамм, и насколько он опасен.

Постоянные изменения

Начнем с того, что новый штамм коронавируса — не какое-то уникальное явление. Строгого определения вирусного штамма нет, но обычно этим термином называют вариант вируса с несколькими характерными мутациями, который оказывается относительно устойчивым — то есть ученые находят его не у одного человека, а у многих.

Слово «мутация» обычно очень пугает людей, но на деле это совершенно обычная вещь, которая происходит постоянно у всех живых существ — и особенно у квазиживых вирусов. Можно сказать, что стремительные мутации — их способ бытия.

Мутации обильно появляются при каждом цикле размножения, но большинство оказывается бесполезными или вредными и не закрепляется в вирусном геноме. Однако некоторые мутации остаются и переходят от одного вирусного поколения к другому. И именно они беспокоят ученых, потому что закрепление может свидетельствовать, что мутация дает вирусу какое-то преимущество и ее носители размножаются лучше остальных.

Но не обязательно — иногда такие мутации сохраняются в силу случайных обстоятельств и отражают, например, так называемый эффект основателя, когда вирус с этими мутациями приходит в новое место и начинает там распространяться просто потому, что у него нет конкурентов. А мы смотрим и думаем, что дело не отсутствии давления, а именно в этих изменениях.
Чтобы понять, играет ли та или иная стойкая мутация важную роль в жизни вируса, исследователи анализируют статистику по распространению вирусов с ней, исходам больных, подхвативших именно этот вирус, и проводят эксперименты в лаборатории. В идеале, конечно, нужно взять сотню-другую добровольцев, заразить их вирусом с мутацией (или мутациями) и без него, сравнить исходы. Но проводить такие опыты нельзя, по этическим соображениям, поэтому приходится ограничиваться косвенными методами.

Например, в начале весны ученые заметили, что по миру начал распространяться вирус с мутацией D614G. Название отражает ее суть: в позиции 614 последовательности спайк-белка аминокислота аспартат (аспарагиновая кислота) поменялась на аминокислоту глицин. Вирус D614G появился в Китае, а затем его развезли по разным странам, и сегодня это одна из превалирующих разновидностей SARS-CoV-2 на планете. Разные исследования не обнаружили связи между этим вирусом и увеличением количества тяжелых исходов, но in vitro псевдовирусы, несущие спайк-белок с мутацией D614G, лучше прикреплялись к ACE2-рецепторам разных клеток (именно уцепившись за эти рецепторы, вирус проникает внутрь клеток).

Псевдовирусы — это искусственно созданные вирусоподобные частицы, несущие постороннюю ДНК или РНК, в оболочке которых присутствуют интересующие нас белки коронавируса. Основой псевдовирусов обычно служат хорошо охарактеризованные и изученные вирусы, которые в лаборатории используются в качестве рабочих инструментов для всяких хитрых молекулярно-биологических манипуляций.

Типичные примеры вирусов, которых ученые приспособили для своих нужд, — ВИЧ или вирус везикулярного стоматита. Злокозненной сути в псевдовирусах не осталось, можно сказать, что это почти бесплотные вирусные духи, которые похожи на вирусы только отдельными чертами.

Для исследований SARS-CoV-2 псевдовирусы используются довольно часто, потому что этот патоген опасен и работать с ним разрешено только в специально оборудованных лабораториях повышенного класса биобезопасности (BSL-3), которые есть далеко не в каждом институте. Псевдовирусы не могут вызвать болезнь и проводить опыты с ними можно где угодно — но так как это не настоящий патоген, напрямую переносить полученные в экспериментах с псевдовирусами результаты на реальную ситуацию с коронавирусом нельзя.

Данные о лучшем прикреплении псевдовирусов, несущих измененный спайк-белок, взятый от штамма D614G, получены только на псевдовирусах, что происходит при заражении клеток этим вариантом настоящего SARS-CoV-2, неясно. Кроме того, само по себе прочное связывание с рецептором не является однозначным доказательством бОльшей инфекционности вируса — потому что для того, чтобы заразить клетки, вирус должен еще провзаимодействовать с клеточным ферментом-протеазой, изменить свою форму и «притянуть» вирусную частицы ближе к поверхности клетки. И излишне крепкое связывание с рецептором как раз может помешать этим процессам.

Как видно, косвенные методы всегда оставляют широкий простор для спекуляций. Хотя D614G — самый распространенный из существующих вариантов SARS-CoV-2, строгих доказательств, что он более заразен, нет. Что уж говорить о разновидности, которая отпочковалась совсем недавно.

Подозрительный новичок

Новый штамм из Великобритании пока называют недружелюбным сокращением VUI — 202012/01. От других вариантов его отличают 17 устойчивых мутаций — по сравнению с другими разновидностями, это много. Предварительный анализ того, как они могут изменять те или иные коронавирусные белки, показывает, что наибольшее значение может иметь мутация N501Y (изменение аминокислоты аспарагин на тирозин в позиции 501 спайк-белка). Аспарагин — маленькая аминокислота, а тирозин — большая, поэтому такая замена может повлиять на геометрию спайк-белка как раз в том месте, где он связывается с рецептором клетки. В мышиных моделях мутация N501Y увеличивала прочность связывания вируса с рецептором ACE2 и его заразность.

Кроме того, форма этой части спайк-белка — ее называют рецептор-связывающим доменом или RBD — у нового штамма также может изменяться из-за нескольких делеции (выпадения аминокислот) в позициях 69-70. Эту делецию ранее неоднократно находили у других штаммов коронавируса, в частности у тех, которые сформировались на норочьих фермах, куда работники занесли SARS-CoV-2, и она обычно идет в связке с другими мутациями RBD.

Другие мутации в спайк-белке VUI – 202012/01 напрямую не затрагивают рецептор-связывающий домен. Это не означает, что они не изменяют его: если из-за них поменяются очертания белка целиком, то и форма этого места тоже может оказаться иной. Но определить, как именно такие удаленные мутации влияют на форму белка, очень сложно. Надежнее провести рентген-структурный анализ, однако это совсем непростая задача, которая, к тому же, требует времени и в принципе не всегда получается.

Другая мутация спайк-белка, на которую обращают внимание специалисты, — P681H (замена аминокислоты пролин на аминокислоту гистидин). Она находится в непосредственной близости как раз от того места спайка, которое разрезается клеточной протеазой под названием фурин — как мы обсудили выше, этот этап необходим для максимального эффективного проникновения в клетку. До сих пор мутации P681H и N501Y не обнаруживались вместе.

Еще одна потенциально значимая мутация нового варианта коронавируса касается белка под названием ORF8: у британской версии патогена он оказывается короче, чем у остальных. Подобные изменения уже наблюдались у других разновидностей SARS-CoV-2 и они имеют вполне четкий эффект – ослабление патогенности вируса. ORF8 мешает клетке вовремя сообщать иммунной системе о том, что она заражена вирусом, способствуя разрушению необходимых для этого клеточных белков. Укороченная или поврежденная версия ORF8, вероятно, хуже справляется со своими функциями.

Новый штамм, согласно предварительным данным британской организации NERVTAG, консультативной группы по угрозам от новых респираторных вирусов (New and Emerging Respiratory Virus Threats Advisory Group), распространяется на 71% быстрее, чем другие. Этот штамм способствовал существенному увеличению базового числа R, которое характеризует скорость расползания инфекции, — по разным оценкам, оно выросло на величину от 0,39 до 0,93. Число R говорит о том, сколько людей, в среднем, заражает один носитель, и если оно больше единицы, инфекция распространяется в обществе, а если меньше — эпидемия затухает. Чем больше число R, тем быстрее вирус расходится по популяции.

Кроме того, VUI — 202012/01 обнаруживается в ходе ПЦР-тестов на меньшем числе циклов. Это означает, что вируса в образцах больше — судя по разнице в количестве циклов, немногим менее, чем в 10 раз.

Однако тут есть нюанс: количество вируса в мазке зависит от стадии болезни, на которой этот мазок был взят. Если тест сдают люди, у которых симптомы появились недавно, или вообще досимптомные контактные, которые вот-вот заболеют, количество вируса в их образцах будет больше, чем у тех, кто сдает анализ, скажем, спустя неделю после появления симптомов. Учитывая изменения политики тестирования в связи с разным количеством заболевших, напрямую связывать концентрацию вируса в носоглотке с его способностью размножаться там нельзя.

Новый штамм и вакцина

Пока ученые не видят роста числа смертей в регионах, где активно распространяется новый вирус — учитывая, что его обнаружили совсем недавно (первый раз это случилось в сентябре), вряд ли специалисты успели провести соответствующие эксперименты in vitro. Также в отчете сообщается, что что VUI – 202012/01 не будет вызывать болезнь у привитых, то есть не «уйдет» от вакцинного иммунитета. Это предположение базируется на анализе мутаций, о которых мы говорили выше.

Вакцины провоцируют синтез множества разных антител ко всему спайк-белку, в том числе к участку, ответственному за связь с рецептором, и несколько не слишком критичных изменений в конформации спайка у нового штамма приведут к тому, что работать перестанут только некоторые из этих антител. Изменения участка, при помощи которого спайк-белок взаимодействует с ACE2-рецепторами, в этом смысле наиболее опасны, так как именно блокировка этого участка антителами наиболее эффективно предотвращает заражение, но пока эти изменения кажутся относительно умеренными, хотя авторы отчета NERVTAG и пишут, что новый вариант должен узнаваться немного иным набором антител, чем старые.

С другой стороны, сочетание этих мутаций с какими-нибудь еще могут сделать бесполезными большую часть антител, поэтому беспокойство британских медицинских властей по поводу быстрого распространения нового штамма понятно.

Чем больше возможностей перескакивать с человека на человека будет иметь вирус, тем выше шансы, что в результате случайных изменений появятся мутации, делающие его неуязвимым для вакцинного иммунитета. Более того, пока неиммунных носителей много, в геноме вируса вполне могут закрепиться изменения, делающие его более патогенным. В условиях, когда патоген вынужден конкурировать за доступных носителей, вероятность такого развития событий ниже (хотя и не равна нулю), но когда в потенциальных хозяевах недостатка нет, на вирус не действует отбор, убирающий слишком смертельные штаммы. Тем более, что SARS-CoV-2 максимально заразен в первую неделю после появления симптомов, когда большинство заразившихся чувствуют себя вполне сносно. И даже если носители высоколетальных штаммов впоследствии умрут, это никак не скажется на распространении таких штаммов.

Вариант VUI – 202012/01 появился, когда в Великобритании было относительно много вируса, поэтому авторы отчета NERVTAG предполагают, что он мог подвергаться давлению отбора из-за конкуренции. Однако точно утверждать это невозможно, учитывая, что неиммунных носителей по-прежнему хватает.

Более заразный вирус?

Еще один тревожный признак — новый вариант вируса бодро распространялся по Великобритании, несмотря на действующий локдаун. Это косвенно указывает на высокую заразность — хотя есть вариант, что британцы не слишком аккуратно соблюдали карантинные ограничения. Наконец, более заразный вирус, по определению, инфицирует больше народу за то же время. И если его патогенность при этом останется такой же, больше людей попадут в реанимации и умрут. В условиях прегруженных больниц это особенно опасно.
Важно отметить, что все эти данные — предварительные. Ученые пока не успели провести достаточно экспериментов, проанализировать большое число заболеваний и расшифровать достаточное количество вирусных геномов из образцов, взятых в разных регионах страны. Без этой информации невозможно сделать однозначные выводы относительно распространенности, заразности и патогенности VUI – 202012/01.

Но учитывая все эти соображения, которые можно вывести из имеющихся данных, — а заодно рождественские праздники, в которые принято ходить в гости, — британские власти, очевидно, решили ввести максимальную степень карантинных ограничений в тех районах, где преимущественно распространяется новый штамм. А власти Европы — перестраховаться и перекрыть авиасообщение с Великобританией, чтобы не занести к себе потенциально крайне неприятную разновидность коронавируса (впрочем, пока не закрыты остальные границы, эта идея утопична).

Другими словами, это, скорее, не реакция на уже появившуюся опасность, а предотвращение такой опасности, если новый вариант действительно окажется настолько заразным и распространится. С точки зрения эпидемиологии такая стратегия, безусловно, правильна: только действуя на упреждение, мы можем надеяться обогнать вирус — и то не факт, что получится успеть.

Другой вопрос, как на жесткие меры отреагируют люди, уставшие от непонятной жизни в условиях неопределенности и периодических ограничений. Как показал этот год, именно неадекватные действия людей — как облеченных властью, так и обычных граждан — одна из главных причин, по которой коронавирус все еще с нами.