Новый коронавирус — продукт рекомбинации и очищающего отбора

Известно, что геном SARS-CoV-2 на 96,3% схож с геномом коронавируса RaTG13, выделенного из летучей мыши в китайской провинции Юньнань. Меньше гомологии у нового коронавируса с вирусами панголинов Pan_SL-CoV_GD и Pan_SL-CoV_GX (91,2% и 85,4% сходства соответственно). Авторы новой работы проанализировали 43 полных геномных последовательности коронавирусов — представителей трех клад: в кладу 3 вошли геномы вируса атипичной пневмонии SARS-CoV и коронавирусов летучих мышей Bat_SL-CoV; к кладе 2 относились SARS-CoV-2, Bat_SL-CoV и Pan_SL-CoV; кладу 1 составили два Bat_SL-CoV, отличные от других. Статья еще в марте была опубликована в виде препринта на bioRxiv, а теперь вышла в журнале Science Advances.

Было обнаружено, что несмотря на высокую степень сходства геномов SARS-CoV-2 и RaTG13, сиквенсы гена S-белка у них различаются. При этом аминокислотные последовательности рецепторсвязывающего мотива (RBM) в субъединице S1 SARS-CoV-2 и Pan_SL-CoV_GD почти идентичны (отличается одна аминокислота в позиции 498). Ученые отмечают, что хотя генетически вирусы SARS-CoV и SARS-CoV-2 различаются, последовательности субъединицы S1 у них также схожи.

SARS-CoV и SARS-CoV-2 связываются с рецептором ACE2 для проникновения в человеческую клетку, тогда как RaTG13 не может эффективно использовать этот рецептор для инфицирования. Именно S-белок распознает ACE2. Заражать человеческую клетку способны коронавирусы с определенной структурой субъединицы S1; конформационное сходство S1 разных вирусов обусловлено сходством аминокислотных последовательностей. При этом различие в одну аминокислоту субъединиц S1 SARS-CoV-2 и Pan_SL-CoV_GD не приводит к структурным различиям.

Рекомбинация — частое явление для коронавирусов, и ученые делают вывод, что при образовании SARS-CoV-2 коронавирус, подобный RaTG13, приобрел функциональный рецепторсвязывающий мотив, связывающийся с ACE2 человека, в результате рекомбинации с вирусом, подобным Pan_SL-CoV_GD.

Далее ученые обнаружили, что аминокислотные последовательности вирусов SARS-CoV-2, RaTG13 и всех вирусов Pan_SL-CoV идентичны или почти идентичны в областях до и после RBM и в регионе ниже сайта расщепления фурином (в субъединице S2). Такая консервативность указывает на то, что эти области находятся под сильным давлением очищающего отбора. Это соотносится с ролью субъединицы S2 в проникновении вируса в клетку: она обеспечивает слияние вирусной и хозяйской мембран.

Сотни новых последовательностей генома SARS-CoV-2, получаемые ежедневно, также свидетельствуют о высокой консервативности области RBM. Похожие признаки очищающего отбора обнаружены и в других регионах геномов коронавирусов. При этом сами вирусы можно сгруппировать по генам, которые затронуло давление отбора. Так SARS-CoV-2, RaTG13, все Pan_SL-CoV и два коронавируса летучих мышей демонстрируют схожие паттерны отбора в генах E и M. Характер очищающего отбора в участках генов ORF1a и ORF1b одинаков для SARS-CoV-2, RaTG13 и некоторых коронавирусов панголинов. Это говорит о том, что для коронавирусов разных животных работают схожие эволюционные механизмы.

Ученые заключают, что коронавирусы человека MERS-CoV, SARS-CoV и SARS-CoV-2 возникли в результате рекомбинации вирусов других животных. Очищающий отбор в ключевых генах и интенсивная рекомбинация могут способствовать межвидовой трансмиссии и быстрой адаптации коронавирусов к новым хозяевам. Авторы отмечают, что благоприятные условия для этих событий поддерживаются на рынках, где разные животные пребывают в тесном соседстве. Источник SARS-CoV-2 пока не установлен, однако ученые считают, что сокращение контактов человека с дикими животными предотвратит возникновение зоонозных инфекций в будущем.