Взломать коронавирусную инфекцию: семь штаммов и две главные мутации

Что собой представляет коронавирусная инфекция и откуда она все-таки взялась? Какие мутации COVID-19происходят и чем это чревато? Есть ли надежда на вакцину от коронавируса? Ответы на эти вопросы можно найти у Александра Коляды, генетика, геронтолога, директора молекулярно-генетической лаборатории Diagen. Возглавляемая ученым лаборатория является разработчиком первой украинской тест-системы на коронавирус. По словам генетика, именно этими тестами были выявлены первые случаи и одни из первых очагов инфицирования в Киеве.

Незнакомец из семейства коронавирусов

Коронавирус — слово, не знакомое многим до прошлого года, — на самом деле не представляет ничего нового. Из-за этого много путаницы. На некоторых лекарствах вы можете увидеть надпись, что препарат эффективен при коронавирусе, хотя его начали выпускать десять лет назад. В этом нет ничего удивительного: коронавирусы существуют давно, как и другие вирусы на планете Земля. Приблизительно 20% ОРВИ, которыми мы страдаем зимой, — это коронавирусы. По всей видимости, наши рутинные коронавирусы, как сегодня SARS-CoV-2, в свое время также были виновниками эпидемий. Просто это проходило во времена, когда не было телевидения и интернета. Вероятно, они также вели себя агрессивно, быстро распространялись, были достаточно летальными. А сейчас стали для нас обычной сезонной простудой.

Коронавирусная инфекция COVID-19 — откуда ты все же взялась?

Откуда взялся новый коронавирус — этот вопрос волновал всех в начале пандемии.У большинства людей не укладывается в голове, что одна съеденная летучая мышь где-то на Уханьском рынке привела к пандемии. На самом деле в этом нет ничего удивительного. Все эпидемии начинаются со своих природных очагов, сосредоточенных в некоторых группах организмов. Летучие мыши, грызуны, очень часто птицы (изредка встречаются другие дикие животные) — эти три большие группы являются резервуаром, где живет большое количество вирусов. В норме эти вирусы не опасны для человека, но они мутируют, затем выбрасываются из своего резервуара и проникают к нам с вами. Такой же путь прошли многие вирусы: ВИЧ, грипп, коронавирусы жили и развивались в дикой природе, а потом передались человеку.

Резервуаром коронавирусов SARS (тяжелый острый респираторный синдром, первый случай которого зарегистрирован в ноябре 2002 года в Китае), MERS (ближневосточный респираторный синдром, первые случаи регистрировались в Саудовской Аравии в 2012 году) также были летучие мыши. Схема такова: летучая мышь как инкубатор коронавируса может укусить, например, домашнее животное. Это может случиться из-за того, что летучую мышь зимой разбудили, выгнали из подвала, с чердака. Она укусила кошку, а последняя укусила человека. Не все летучие мыши чем-то заражены. Я изучаю летучих мышей в связи с другими их особенностями — они являются долгожителями, живут неоправданно долго, фактически не стареют. Например, ночница Брандта живет 42 года, хотя у животных такого размера продолжительность жизни не более двух лет. Кроме этого, у них крайне сильный иммунитет, позволяющий иметь внутри себя большое количество вирусов — вирус Зика, Эболы, бешенства, коронавирусы и многие другие. Но эти животные ими не болеют. Причины до конца не ясны, скорее всего, из-за особенностей иммунитета. Все эти животные живут долго не потому, что питаются чем-то правильным и занимаются спортом. У них накоплены важные мутации, позволяющие жить дольше обычного.

Китайский или европейский? SARS-CoV-2 бывает разным

Коронавирусная инфекция мутирует. «Зачем разрабатывать вакцину?» — спрашивают многие. На самом деле к термину «мутация вируса» следует относиться спокойно. Мутации у вирусов возникают всегда, в этом нет ничего особенного. 99,9% из них никогда не отражаются на жизнедеятельности вируса и характере инфекции, которую он вызывает. Если посмотреть, как эволюционировал коронавирус за этот год, его эволюционное древо расходится — сегодня принято делить коронавирус на семь подтипов. Когда-нибудь мы сможем охарактеризовать каждый из подтипов SARS-CoV-2.

Коронавирусы, циркулирующие на территории Украины, — не китайского происхождения, а европейского. Какие-то люди из Китая перелетели в Америку, часть в Европу, скорее всего, вторичный очаг был в Баварии, после этого в Италии, а оттуда они попали в Украину. Встречаются и другие вариации, которые пришли иными путями, но в странах СНГ основная часть коронавирусов не китайского происхождения. Китайский подтип очень сильно отличается от европейского. Поэтому китайские тесты с большой долей вероятности могут давать некорректный результат, так как не совсем рассчитаны на те штаммы, которые есть у нас.

Из чего состоит коронавирус? Вирус — это некая капсула, на поверхности которой есть жиры, белки, а внутри — нуклеиновая кислота. В случае коронавируса это РНК, в которой закодирована информация о том, как должна строиться вирусная частичка. Длина этой молекулы составляет порядка 30 нуклеотидов, то есть 30 букв, которые повторяются друг за другом, и в них закодировано большое количество белков.

Золотым стандартом диагностики коронавирусной инфекции COVID-19 является ПЦР (полимеразная цепная реакция) — это метод, за который в начале 90-х была получена Нобелевская премия. ПЦР используется при диагностике всех инфекционных заболеваний. Что удается выявить, исследуя генетическую информацию коронавируса? Удается проследить за тем, как распространяются мутации.

Так, произошла одна из важных мутаций, которая привела к повышенной контагиозности коронавируса — способности передаваться между людьми. Если в среднем один человек заражает двух других, то благодаря мутации один человек заражает уже 2,2 человека. В феврале таких коронавирусов было меньше 10%, на данный момент мы редко находим коронавирус без мутации. Что произошло? В ходе своей эволюции в Европе (скорее всего, это было в скандинавских странах) произошла мутация, облегчившая распространение коронавирусной инфекции между людьми. Мутировавший SARS-CoV-2 быстрее передавался и вытеснил другие штаммы. Такая себе конкуренция между вирусами — кто быстрее.

Есть другая мутация, о которой мы узнали достаточно много этой осенью. Она позволяет коронавирусу избежать ответа иммунной системы. Другими словами, если человек повторно заражается этим штаммом коронавируса, то есть большая вероятность, что у него снова будут некие симптомы, то есть повторное инфицирование не будет бессимптомным.

На данном этапе коронавирус насыщается различными мутациями, позволяющими быстрее распространяться. В теории мутации должны делать его менее опасным для человека. Стратегия любого вируса — не убить свою жертву, а передаться кому-то другому. Чем эффективнее вирус с этой задачей справляется, тем больше его эволюционный успех. Но иногда в вирусах случаются кардинальные мутации, которые возобновляют сильную патогенность, летальные свойства. Так происходит с гриппом. Казалось бы, после испанки последние сто лет мы встречаемся с гриппом ежегодно. Тем не менее, серьезные эпидемии гриппа происходят раз в десять лет.

Вакцины бывают разные

Всего лишь спустя две недели после первого случая инфицирования коронавирусной инфекцией SARS-CoV-2 ученые имели на руках полную расшифровку генома коронавируса. Это позволило исследователям во всем мире создавать генетические тесты, следить за ходом пандемии и разрабатывать вакцины. Это беспрецедентная история. Вся наука очень сильно напряглась, чтобы сделать невозможное — создать вакцину как можно быстрее.

В журнале Nature вышла статья, прогнозирующая различные сценарии развития пандемии на ближайшие пять лет. Авторы говорят о том, что как бы ни распространялся коронавирус, какие бы мутации ни возникли, нам будет очень тяжело все эти пять лет — если мы не будем внедрять вакцинацию. Чем раньше появится вакцина, чем эффективнее будет, тем лучше прогноз для всех нас. Глобальная цель — достижение коллективного иммунитета. Если 60‒70% будут иметь иммунитет к коронавирусу, оставшиеся будут защищены от заражения.

Кандидатов-вакцин много. Все они в большинстве основаны на четырех известных технологиях получения. Есть классическая, с которой работали и сто лет назад. Многие вакцины сделаны по этому принципу (от полиомиелита, гриппа). Технология заключается в том, что мы берем вирус и заставляем какие-то клетки его вырабатывать. Например, клетки куриного эмбриона или насекомых. Затем эти вирусы нейтрализуют — радиацией, химическими веществами.

Есть другой вариант, когда берется не целый вирус, а белок этого вируса. Методами генной инженерии заставляем какие-то организмы (бактерии, клетки насекомых или даже растений) вырабатывать частички этого вируса. Потом их нужно очистить, обработать правильным образом — съесть растения будет недостаточно. Препарат, сделанный таким образом, вводится в организм, и на один из белков вируса вырабатывается иммунитет (соответственно, и на весь вирус).

Есть векторная технология производства вакцин. Она основана на том, что мы можем взять вирус, максимально безобидный для нас с вами. Например, аденовирус, который не приводит к драматическим последствиям и нейтрален для человека. Внутри этого вируса вставляют ген белка коронавируса. То есть аденовирус служит упаковкой для нашего гена, который мы хотим доставить. Этот вектор доставляет ген в нужные клетки. Такие вакцины также можно делать наподобие спреев. Вы вдыхаете через ингалятор — и у вас вырабатывается иммунитет.

Самая передовая технология производства вакцин, которая в мире еще не была реализована до теперешних времен, основана на ДНК и РНК вируса. Мы можем вводить не целый убитый вирус, не его белки, не куски вируса, запакованные в другой вирус, а непосредственно РНК вируса — вводим этакую инструкцию по сборке кусочков вируса. Он абсолютно безобиден для нас с вами. Мы вводим инструкцию в наш организм, наши собственные клетки начинают вырабатывать этот белок вируса, хотя никакого вируса и нет. И вырабатывается иммунитет.

Кандидаты в вакцины, прежде чем широко применяться, должны пройти все фазы испытания. На первой стадии препараты тестируются на безопасность. На второй продолжается исследование безопасности и эффективность на сотнях людей. Третья фаза — исследуется эффективность вакцины на десятках тысячах людей. Одной группе колется плацебо (обычно физраствор), а второй — непосредственно исследуемый препарат. Потом ученые ждут, когда люди в обеих группах заболеют, и считают, в какой из них заболевших больше. Исходя из результатов делается вывод, насколько вакцина эффективна.

На последней, третьей фазе испытаний находятся 12 различных вакцин из самых разных стран. Шесть из них уже одобрены для лимитированного использования в тех или иных целях. Это значит, что некоторые страны взяли на себя смелость использовать вакцину не для широкого использования (всего населения), а для групп, для которых вакцинация особенно актуальна (например, врачи, работающие с ковидными пациентами, моряки, педагоги, военные).

Вы вряд ли пропустили новость о том, что две солидные компании, фармакологические гиганты в гонке вакцин,оказались на финишной прямой. Одна из них — Pfizer — входит в топ-5 фармпроизводителей препаратов и вакцин. Именно эту вакцину ждал Дональд Трамп в надежде, что она добавит ему дополнительных баллов в предвыборной гонке. По всей видимости, компания специально затянула с оглашением предварительных результатов тестирования — надо сказать, оптимистичных. Сделано это было после подсчета голосов, возможно, именно для того, чтобы избежать политического дискурса.

Вакцина Pfizer/BioNTech на данный момент является самой ожидаемой и самой, скорее всего, достоверно доказанной. Недавно концерн Pfizer/BioNTech сообщил, что завершил третью фазу испытаний своей мРНК вакцины, ее эффективность составила 95%. Компания Moderna на финишной прямой также декларирует высокую эффективность своей вакцины. Это значит, что 95% привитых людей какое-то время после вакцинации имеют иммунитет к коронавирусной инфекции. Время после вакцинации исследовано небольшое — неделя или несколько недель. Но исходя из общей логики этих инфекций, можно надеяться, что как минимум несколько месяцев, а то и несколько лет этот иммунитет продержится.

РНК-вакцины особые. Об этом типе вакцин говорят более 15 лет, их пытаются произвести и вывести на рынок, но до сих пор никому не удавалось это сделать. Изобретение и выпуск вакцины на рынок занимает в среднем 15 лет, иногда более 20 лет, то есть это очень долгий процесс. То, что происходит сегодня в мире, когда удается сделать вакцины и даже пробные массовые партии всего за девять месяцев, — это большое достижение и молекулярной биологии, и генетики, и медицины...

Вакцины от Pfizer/BioNTech и Moderna требуют особых условий — очень низкой температуры (порядка ‒80 градусов, достичь которых можно или в жидком азоте, или специальных морозильниках). Такую транспортировку трудно реализовать в отдаленных населенных пунктах. Как это будет реализовываться — не до конца понятно.

Не нужно надеяться только на этих двух игроков, другие фармацевтические гиганты также разрабатывают вакцины от коронавируса, не требующие подобного внимания к температурному режиму. У них есть все шансы на доверие общественности, мировые фармгиганты дорожат репутацией. Одна из известных компаний огласила о проведении испытаний своей вакцины в Украине. По-видимому, часть нашего населения будет иметь возможность провакцинироваться.

Еще одна группа вакцин — темные лошадки. О них много информации, но мы не уверены, насколько им можно доверять. Три китайские вакцины находятся на третьей фазе клинических исследований, все они одобрены для лимитированного использования в Китае. Темные лошадки — российская вакцина «Спутник V», разработанная Институтом имени Гамалеи, и вакцина от центра «Вектор». Данным об эффективности, о которых говорят в РФ, мировая общественность не доверяет. Нужно дождаться окончания исследований. Компания «Вектор» — военная организация. Эта вакцина по всем заявленным характеристикам не очень качественная. Основана на пептидных препаратах — самом дешевом, топорном способе получения белка вируса. Этот способ использовался разве что в ветеринарии. Видимо, это попытка России создать вакцину на тот случай, если все провалится или не будет импорта других вакцин.

К финишной прямой приближаются еще несколько производителей вакцин, можно с осторожным оптимизмом надеяться, что в следующем году мы, вероятно, сможем существенно смягчить ситуацию с ковидом. Нынешняя пандемия — совсем не последняя история. Глобализация — мы много общаемся, много летаем — как раз позволила коронавирусной инфекции так быстро распространиться. Эта история не последняя. Поэтому урок, который мы сейчас получаем, нужно выучить получше.