Лабораторное происхождение SARS-CoV-2 не подтверждается

Специалисты в области эволюции вирусов рассмотрели результаты, которые дает анализ геномных данных SARS-CoV-2, применительно к вопросу о его происхождении, и обсудили возможные сценарии их возникновения. «Наш анализ ясно показывает, что SARS-CoV-2 не является лабораторным конструктом или целенаправленно измененным вирусом», — пишут авторы. Статья опубликована в Nature Medicine.

Изображение:

3D-модель S-белка SARS-CoV

Credit: NIH

SARS-CoV-2 стал седьмым известным коронавирусом, заражающим людей; SARS-CoV, MERS-CoV и SARS-CoV-2 вызывают тяжелые заболевания, тогда как HKU1, NL63, OC43 и 229E связаны с легкими симптомами. С самого начала вспышки COVID-19 идет дискуссия о происхождении возбудителя. Что можно сказать по этому поводу, если сравнить его геном с геномами других коронавирусов?

Генетические особенности SARS-CoV-2

Важную роль в адаптации вируса к новому хозяину при передаче от животного к человеку играет гликопротеин S (spike). Поэтому внимание исследователей было сосредоточено на гене этого белка. Гликопротеин S содержит рецептор-связывающий домен (RBD), который взаимодействует с рецептором ACE2 на поверхности клетки. У SARS-CoV-2 он оптимизирован для связывания с человеческим рецептором ACE2. Участок гена S-гликопротеина, который кодирует RBD, — наиболее вариабельная часть генома коронавируса. Было показано, что шесть аминокислотных остатков RBD являются критическими для связывания с рецепторами ACE2, а следовательно, для определения диапазона хозяев коронавируса. Пять из шести отличаются даже от SARS-CoV.

Как показали структурные исследования и биохимические эксперименты, RBD нового коронавируса обладает высокой аффинностью к ACE2 клеток людей, хорьков, кошек и других видов с высокой гомологией рецепторов. В то же время компьютерный анализ позволяет предположить, что взаимодействие SARS-CoV-2 с человеческим ACE2 неидеально (можно было бы сделать лучше). С другой стороны, известно, что адаптация зоонозных вирусов к человеку может сопровождаться отбором вариантов с определенными характеристиками RBD (работа под руководством Ральфа Барика, о чьей идее «распечатать» новый коронавирус мы писали). Таким отбором на человеческих или подобных человеческим рецепторах мог быть создан S-белок нового коронавируса.

Другой важный участок S-гликопротеина SARS-CoV-2 — сайт расщепления протеазой фурином. Чтобы открыть участок S-гликопротеина, необходимый для связывания, белок должен быть расщеплен клеточной протеазой. Для разных коронавирусов это делают различные ферменты; для SARS-CoV-2 — фурин. В последовательность гена, кодирующего белок S, у нового коронавируса (если сравнивать его с ближайшими родственниками) вставлены 12 нуклеотидов, которые кодируют последовательность аминокислот PRRA (пролин-аргинин-аргинин-аланин). В результате образовался сайт расщепления фурином RRAR на стыке субъединиц S1 и S2 белка S. Этот сайт важен еще и потому, что поворот, созданный пролином, приводит к присоединению к O-связанных гликанов (напомним, что белок S — гликопротеин), уникальных для SARS-CoV-2.

Подобных сайтов, распознаваемых фурином, нет в родственных бета-коронавирусах линии В, хотя другие бета-коронавирусы человека, включая HKU1 (линия А), их имеют. Появление такого сайта может сделать вирус опасным для новых хозяев. Известны, например, коронавирусы летучих мышей, которые способны связываться с человеческой клеткой, но не входить в нее. Однако если добавить в среду трипсин, гликопротеин S будет расщеплен, и вируспроникнет в клетку.

Тем не менее пока неясно, насколько сильно повлияло появление этого сайта на трансмиссивность и патогенез SARS-CoV-2: это нужно подтвердить прямыми экспериментами. У SARS-CoV, например, его нет, и его искусственная вставка не повлияла на проникновение вируса в клетку. С другой стороны, быстрая репликация и трансмиссия вирусов гриппа в плотных популяциях кур способствует появлению таких сайтов в гемагглютинине вируса, который выполняет функцию, аналогичную функции S белка коронавируса. При этом вирусы становятся высокопатогенными для птиц.

Происхождение SARS-CoV-2

«Маловероятно, что SARS-CoV-2 появился в результате лабораторных манипуляций с родственным SARS-CoV-подобным коронавирусом. RBD SARS-CoV-2 оптимизирован для связывания с человеческим ACE2 с помощью эффективного решения, отличного от ранее предсказанных. Кроме того, если бы была проведена генетическая манипуляция, вероятно, для этого была бы использована одна из нескольких систем обратной генетики, доступных для бета-коронавирусов. Однако генетические данные неопровержимо показывают, что SARS-CoV-2 не получен из какой-либо применявшейся ранее вирусной основы», — пишут авторы. Они предлагают два правдоподобных сценария происхождения SARS-CoV-2: естественный отбор в организме животного-хозяина перед зоонозным переносом и естественный отбор в людях после заражения от животного.

Сначала авторы рассматривают гипотезы, связанные с рынком морепродуктов Хуанань в Ухане. Учитывая сходство SARS-CoV-2 с SARS-CoV-подобными коронавирусами летучих мышей, вполне вероятно, что именно летучие мыши были резервуарными хозяевами для его предшественника. Тем не менее, хотя RaTG13 летучей мыши Rhinolophus affinis, примерно на 96% идентичен SARS-CoV-2, его RBD отличается достаточно сильно, чтобы не взаимодействовать с человеческим ACE2. Большое сходство в участке PBD с SARS-CoV-2 в RBD, включая все шесть ключевых аминокислотных остатков, найдено у вирусов малайских панголинов (Manis javanica), которых незаконно ввозили в Китай. Однако у бета-коронавирусов летучих мышей и панголина нет сайтов расщепления фурином.

Пока еще не было выявлено ни одного коронавируса животных, который был бы похож на прямого прародителя SARS-CoV-2, однако коронавирусы животных изучены недостаточно хорошо, многие из них ученым неизвестны. Однако известно, что в участке соединения доменов S1–S2 S-белков коронавирусов в результате мутаций может появиться сайт расщепления. Чтобы вирус-предшественник приобрел и этот сайт, и мутации, необходимые для связывания с рецептором, необходимо животное-хозяин с высокой плотностью популяции и АСЕ2, похожим на человеческий, отмечают авторы. Это сужает круг поисков.

Другой вариант — эволюция в человеке во время скрытого периода эпидемии, до того, как вирус приобрел характеристики, необходимые для эффективной передачи от человека к человеку, число случаев начало нарастать и вспышка стала заметной. Большое сходство геномов во всех образцах, полученных во время пандемии, говорит о происхождении от общего предка. Возможно, у такого вируса был «подходящий» RBD, как у вируса панголина, а вставка сайта расщепления произошла позже.

Геномные данные указывают на то, что последний общий предок всех линий SARS-CoV-2 появился в конце ноября 2019 года — начале декабря 2019 года, что согласуется с самыми ранними ретроспективно подтвержденными случаями. Возможно, тогда и был приобретен сайт расщепления. От животного к человеку вирус мог передаваться неоднократно, вызывая короткие цепочки передачи от человека к человеку, как в случае ближневосточного респираторного синдрома — вирусом MERS-CoV люди заражаются от верблюдов. Возможно, этот сценарий подтвердят серологические исследования — поиск антител к SARS-CoV-2 в китайской популяции, хотя такие антитела сложно отличить от антител к другим коронавирусам.

Авторы статьи рассмотрели также возможность случайной утечки вируса из лаборатории. Фундаментальные исследования, связанные с культивированием SARS-CoV-подобных коронавирусов летучих мышей, много лет ведутся в разных лабораториях уровня биобезопасности 2 (BSL2; в отличие от российских групп патогенности, BSL1 — разрешение на работу с наименее опасными патогенами, BSL4 — с наиболее опасными), известны случаи инфицирования людей.

Теоретически возможно, что SARS-CoV-2 приобрел мутации RBD во время адаптации к пересевам в культуре клеток. Однако обнаружение SARS-CoV-подобных коронавирусов панголинов с почти идентичными RBD обеспечивает гораздо более сильное и экономное объяснение: рекомбинантная мутация. Приобретение сайта расщепления также противоречит сценариям, основанным на культивировании (подобные эксперименты на вирусах птичьего гриппа требовали десятков пассажей, прежде чем низкопатогенный вирус становился опасным). Кроме того, чтобы начать подобный эксперимент, нужен был вирус, очень похожий на SARS-CoV-2, а выделение такого вируса не было описано. Затем потребовались бы повторные пассажи в культуре клеток человека или животных со сходными рецепторами ACE2, и о таких работах тоже ничего не известно. Таким образом, версию о «побеге из лаборатории» можно отбросить.

Понимание происхождения SARS-CoV-2 важно не только для борьбы с теориями заговора, подчеркивают авторы. Если вирус был предварительно адаптирован к человеку в животном, это повышает вероятность повторной передачи и повторных вспышек. Если же адаптация происходила в организме человека, то повторные события переноса от животного относительно безопасны: они вряд ли приведут к вспышке без той же серии мутаций. Кроме того, выявление ближайших родственников вируса SARS-CoV-2 у животных, может способствовать изучению биологии вируса и прогнозированию дальнейших событий.

Авторы отмечают, что ни один из сценариев естественного происхождения вируса пока не имеет преимущества над другим. Для подтверждения той или другой гипотезы нужны новые геномы коронавирусов.

Источник

Andersen, K.G., Rambaut, A., Lipkin, W.I. et al. // The proximal origin of SARS-CoV-2. // Nature Medicine (2020); DOI: 10.1038/s41591-020-0820-9

Добавить в избранное

Вам будет интересно