Что значит мутация вируса
Мутации коронавируса в свете третьей волны пандемии инфекции COVID-19
6 мая
Неблагополучная эпидемиологическая обстановка в мире, резкое увеличение заболеваемости в станах Европы и Америки, наличие новых, мутировавших штаммов вируса SARS-CoV-2 свидетельствуют о возможных рисках начала 3-й волны пандемии и в Российской Федерации.
По данным на конец апреля 2021 года, общее количество зараженных вирусом SARS-CoV-2 в мире составляет более 142 млн. человек, число погибших – более 3 млн. Таким образом, количество случаев заражения за последние 2 недели – с 06.04.21 по 19.04.21 увеличилось на 10 млн. человек. В России на эту же дату общее число заболевших составляет более 4,5 млн. человек, погибших – более 105 тысяч человек.
Приведенные сведения убедительно свидетельствуют о 3-й волне пандемии, которая официально зафиксирована во многих странах мира. Данные обстоятельства связаны с формированием и широким распространением штаммов коронавируса SARS-CoV-2, подвергшимся генетическим мутациям.
Мутация представляет собой молекулярно-биологический процесс, когда в процессе вирусной репликации происходят «сбивки» на этапах транскрипции и трансляции, т.е. во время «перезаписи» генетического кода с РНК вируса на ДНК клетки хозяина. Такие ошибки в ДНК приводят к формированию измененных генов, кодирующих белки вируса, вследствие чего появляются такие новые вирусы-мутанты, с измененными свойствами собственных белков.
Главные мутации короновируса происходят в гене гликопротеинового S-белка. Так, мутация в S белке приводит к замене аспарагиновой аминокислоты (сокращенно D) на аминокислоту глицин (сокращенно G). Американские исследователи экспериментально показали, что давно обсуждаемая мутация D614G в гене S-белка коронавируса SARS-CoV-2 повышает его инфекционность, поэтому данный вариант вируса распространяется быстрее. Вирусный белок с такой мутацией также и более стабилен. Мутации в рецептор-связывающем домене (RBD-receptor binding domain), обладают более высоким сродством к рецептору ангиотензин-превращающего фермента 2 типа (АСЕ2) эпителиальных клеток человека, что позволяет коронавирусу увереннее в них проникать.
Основные мутационные линии вируса SARS-CoV-2:
3. «Бразильский» штамм коронавируса. Название: B.1.1.248. «Бразильский» штамм наиболее заразный на сегодняшний день. Он обладает устойчивостью к иммунитету, приобретенному после первой волны коронавируса. Итак, основная мутация коронавируса содержится в гене, кодирующем синтез S-белка («шипа», Spike). Данная мутация характерна и для двух других штаммов — «южноафриканского» и «бразильского». Эта мутация, изменяет форму «шипа» (S-белка), с помощью которого он эффективнее прикрепляется к рецептору ACE2. По данным авторов, «британский» штамм с указанной мутацией на 50-70% заразнее, чем классический вирус SARS-CoV-2.
7. Сибирский и Северо-западный штамм короновируса. Это вновь формируемые новые мутации на территории России. Пока данных об этих штаммах немного, но известно, что мутации также происходят в зоне гена, ответственного за S-белок.
По данным Роспотребнадзора на 16 апреля 2021 года в РФ идентифицированы 192 образца британского штамма, 21 – южноафриканского штамма.
Исследователи из Великобритании сообщили, что риск смерти у людей, зараженных «британским» штаммом B.1.1.7, выше, чем у зараженных другими штаммами, в среднем на 64%. Абсолютный риск смерти возрастает от 2,5 до 4,1 смертей на 1000 случаев заражения.
Ученые из Кейптауна и Йоханнесбурга (ЮАР) исследовали антитела у 89 человек, госпитализированных с COVID-19 в начале 2021 года. Авторы показали, что COVID-19, перенесенный во время первой волны, не дает защиты от некоторых новых вариантов вируса. Однако у людей, инфицированных «южноафриканским» штаммом SARS-CoV-2, есть нейтрализующие антитела против старых вариантов вируса, а также против «бразильского» штамма.
Ученые из США исследовали когорту беременных и кормящих матерей, получивших вакцину Pfizer/BioNTech или Moderna. Они показали, что уровни IgG, IgA и IgM к S-белку и рецептор-связывающему домену (RBD) увеличивались в крови женщин из обеих групп. Антитела, особенно IgG, передавались ребенку через плаценту и материнское молоко. Авторы показали, что материнские IgG могут преодолевать плацентарный барьер. IgG к S-белку и RBD-домену были обнаружены во всех десяти образцах пуповинной крови. Уровень антител к SARS-CoV-2 был значительно выше у вакцинированных женщин, чем у переболевших COVID-19 а концентрация IgG в крови матери увеличивалась после второй дозы вакцины.
Данный факт свидетельствует в пользу проведения вакцинации данного контингента.
Японские ученые, в частности Yoriyuki Konno с соавторами в работе 20 года показали, что белок, экспрессируемый с гена ORF3b нового коронавируса SARS-CoV-2 сильно подавляет синтез интерферонов I типа у пациентов с COVID-19./ При этом вирус чувствителен к интерферонам, что говорит об их потенциальной эффективности для терапии коронавирусной инфекции [13].
В этой связи, в клиническом плане представляется целесообразным в качестве мер активной противовирусной защиты обеспечить пациентам назначение препаратов рекомбинантного интерферона –α2b с антиоксидантами, как в довакцинный период, когда идет процесс образования вируснейтрализующих антител, так и в поздний поствакцинный период, когда титр антител после проведенной вакцинации начинает снижаться.
Так ли страшны новые штаммы? Ответы на самые важные вопросы о мутациях коронавируса
Появление новых штаммов коронавируса, имеющих необычные свойства, вызывают тревогу людей во всем мире. Руководитель научной группы разработки новых методов диагностики заболеваний человека Центрального научно-исследовательского института эпидемиологии Роспотребнадзора Камиль Хафизов рассказал о том, что сейчас известно о мутациях COVID-19 и нужно ли будет ежегодно от него прививаться, как мы это делаем в случае с гриппом.
— Сколько всего штаммов коронавируса выявлено на сегодняшний день в мире?
— В первую очередь стоит обратиться к определению штамма вируса как некоторого варианта патогена, который обладает уникальными и стабильными фенотипическими характеристиками. При этом стоит отметить, что вирусы, особенно РНК-содержащие, постоянно мутируют, перебирая разные варианты изменений в геноме, и даже внутри одного человека может содержаться множество версий одного вируса, отличающихся отдельными изменениями в геноме, которые далеко не всегда приводят к образованию нового штамма.
Варианты SARS-CoV-2 циркулируют во всем мире, и после появления некоторые варианты довольно быстро исчезают, другие, наоборот, закрепляются в популяции, процесс динамический. Сколько всего штаммов нового коронавируса существует в природе на данный момент, неизвестно, в том числе из-за размытости самого понятия и факта того, что свойства многих геновариантов вируса пока не изучены.
Так, популярный ресурс PANGO lineages выделяет значительное число отдельных линий патогена, и различные организации во всем мире изучают варианты вируса, чтобы понять, являются ли они более контагиозными, изменяющими тяжесть течения заболевания, детектируемыми доступными диагностическими тестами, отвечающими на терапию, изменяющими эффективность вакцин против COVID-19 и т.п. Потому куда чаще термин «штамм» используется для каких-то особо интересных вариантов патогена, как, например, британского или южноафриканского, которые характеризуются ключевыми изменениями в геноме и имеют важные (часто выгодные патогену) свойства. Так, было введено понятие VoC (от англ. Variants of Concern. — Прим. ред.) — «варианты, вызывающие беспокойство», к которым сейчас причисляют несколько штаммов, включая вышеперечисленные.
— Сколько из них есть в России?
— Строгого ответа нет. Какая-то доля всех штаммов коронавируса, которые распространяются на планете, есть уже и в России, какие-то будут завезены в будущем, какие-то появятся у нас в стране независимо. Ученые во многих лабораториях в мире и в нашей стране сейчас проводят активную работу по секвенированию геномов патогена из различных регионов, чтобы как можно быстрее выявлять новые варианты, мониторить скорость их распространения, устанавливать источники заносов из-за рубежа, определять свойства, корректировать тест-системы в случае необходимости. Из известных штаммов в РФ были выявлены британский, южноафриканский, индийский и несколько локальных.
— Какие штаммы коронавируса самые опасные и проникают внутрь всего организма, а какие — наоборот?
— Как уже говорил выше, само определение штамма подразумевает новые стойкие свойства патогена. Чаще всего приходится иметь дело либо с повышенной заразностью вируса (как, например, в случае с британским штаммом, который, по различным оценкам, примерно на 50% более заразен, чем другие, «старые» версии), либо же со снижением эффективности связывания с нейтрализующими антителами, возникшими после вакцинации или перенесенного ранее заболевания (так в случае с южноафриканским вариантом).
При этом сразу хотел бы отметить, что уменьшение эффективности вовсе не означает отсутствие защиты, но она может быть несколько снижена. В любом случае всячески выступаю за вакцинацию, которая если и не защитит на 100% от заболевания, то может кардинально снизить тяжесть его протекания.
— Какие штаммы наиболее всего распространены в Москве, какими больше всего болеют в России?
— За последнее время мы видим несколько сотен завозов британского штамма как по России, так и в Москве, что вполне ожидаемо ввиду его свойств. Появляются и некоторые локальные российские версии вируса, у которых встречаются мутации в геноме, характерные для британского и южноафриканского вариантов, но пока преждевременно говорить о том, что они действительно обладают какими-то особыми для людей свойствами. По этой же причине мы не хотели бы сейчас раздавать новые имена таким вариантам, по крайней мере до накопления достаточного объема данных.
— От всех ли штаммов болезнь длится одинаково или есть разница?
— В какой-то момент появилась информация, что пациенты с британским вариантом инфекции болеют тяжелее, и летальность в таких случаях выше. Это впоследствии было опровергнуто другими исследованиями, и с тех пор я не видел новой информации. Похожая информация появлялась и про калифорнийский вариант.
Нужно отметить, что тяжесть протекания заболевания зависит от множества факторов, и, как известно, многие вообще переносят болезнь бессимптомно, кто-то же крайне тяжело. Такие факторы, как наличие сопутствующих заболеваний, общее состояние организма, возраст, играют существенно большую роль в развитии тяжелой болезни, чем наличие мутаций в геноме патогена, по крайней мере известных на данный момент.
— Может ли бы такое, что к одному штамму коронавируса у человека есть иммунитет, а к другому нет?
— Перенесенная ранее коронавирусная инфекция или вакцинация в норме вызывают иммунный ответ, и в результате в организме появляются нейтрализующие антитела, хотя защита обусловлена не только ими, потому не стоит пугаться, даже если уровень антител невысок или падает. Но да, мы уже знаем, что ряд мутаций в геноме нового коронавируса приводит к изменениям в структуре его белков, придавая патогену новые свойства, иногда удачные для патогена, в том числе с точки зрения снижения связывания нейтрализующими антителами. Потому точно ответить, что к одному штамму у человека есть иммунитет, а к другому нет, нельзя, но эффективность защиты может быть разной, в зависимости от того, с каким новым вариантом вируса вновь встретился пациент.
В связи с этим достаточно вероятна ситуация, что вакцины против нового коронавируса придется периодически обновлять и иммунизироваться ежегодно, как это сейчас происходит с тем же вирусом гриппа. Думаю, к осени мы накопим достаточное количество данных по эффективности существующих вакцин против новых штаммов. Потому еще раз говорю: на данный момент известных причин избегать вакцинации нет, если только нет прямых противопоказаний по состоянию здоровья.
Альфа, дельта, омикрон: откуда у коронавируса столько штаммов и почему не все из них опасны
COVID-19 регулярно мутирует и не всегда понятно, будут ли против него эффективны средства, которыми мы пользовались еще вчера. Ученые следят за новыми мутациями, чтобы заранее изучить их и предугадать, какой вред они потенциально могут нанести. «Хайтек» разбирается, как появляются мутации и от чего они зависят.
Читайте «Хайтек» в
Опасные штаммы коронавируса называют в честь букв греческого алфавита. Мы уже на «омикроне» — до конца осталось всего девять. Это значит, что коронавирус мутирует быстро? Если да, то увеличивается ли эта скорость? И почему какие-то мутации сохраняются и начинают распространяться, а другие нет?
Как появляются мутации?
После попадания в организм вирус начинает процесс репликации — происходит он только внутри живой клетки и засчет ее ресурсов. Поэтому после попадания внутрь вирус удваивает свою РНК. Во время этого сложного процесса, который состоит из нескольких шагов, могут возникать ошибки. Например, самые популярные — перестановка нуклеотидов, замена одного на другой. Это называют точечной мутацией. При удвоении РНК возможны потери небольших последовательностей или, наоборот, вставка.
Вирус старается исправить ошибки при размножении, но не всегда это получается. С другой стороны, если новая мутация помогает проникать в организм быстрее или лучше распространяться, то она может закрепиться.
Все мутации опасны. Это так или нет?
Нет, это не так. Вирусы часто мутируют, но не всегда успешно. Обычно, когда мы говорим о естественном отборе, то думаем о новых мутациях, которые имеют преимущество и распространяются, например, как альфа- и дельта-варианты COVID-19. Это называется положительный отбор.
Но большая часть мутаций вредит вирусу и ухудшает вероятность его выживания — это очищающие мутации или отрицательный отбор. Они не сохраняются в организме достаточно долго, чтобы их можно было секвенировать. Из-за этого их часто не учитывают при оценке количества генетических изменений.
При большом количестве мутаций повышается и число тех, которые дают вирусу преимущество. В августе 2021 года ученые из университетов Бата и Эдинбурга выяснили, что частота мутаций вируса COVID-19 стала на 50% выше. Ранее считалось, что вирус мутирует примерно раз в две недели.
Авторы отметили, что если пациент страдает от COVID-19 более нескольких недель, то вирус может эволюционировать. Подробнее об этом мы поговорим в следующей главе.
Я слышал, что ВИЧ повлиял на мутации COVID-19, каким образом?
Да, это правда. Но связь не так очевидна, поэтому надо понять, как образуются такие мутации. Влияние ВИЧ на COVID-19 начали активно обсуждать после появления B.1.1.529 или омикрон-штамма, который вызывает опасение у мирового сообщества.
Этот штамм произошел не от дельта-варианта, а от другой, еще более ранней разновидности COVID-19. Это необычная ситуация, так как новые штаммы образуются с небольшим определенным набором мутаций. Такие изменения в геноме вируса происходят, когда он естественным образом передается от человека к человеку.
В случае с омикроном ситуация другая — у него очень много мутаций. Их около 50 в самом геноме, от этого числа 35 — в S-белке и 10 находятся в области, контактирующей с рецептором ACE2. У других штаммов, например, у бета, в этой же области всего три мутации, а у дельты — две. Это говорит о том, что вирус не передавался, а наоборот находился в организме одного человека с иммунодефицитом. Предположительно, с ВИЧ. Дело в том, что иммунная система человека, переносящего ВИЧ, может не до конца победить вирус и он будет развиваться внутри организма неделями или месяцами.
Поэтому во время размножения вируса самые слабые частицы погибают, а быстрые и адаптированные начинают изменяться, чтобы быть устойчивыми к иммунитету. Пока что это только теория, но она объясняет, почему омикрон произошел от исходного штамма В.1.1. Сегодня его уже практически нет среди новых случаев.
Пока что исследований о корреляции между уровнем инфицирования ВИЧ и заболеваемостью COVID-19 не было, но можно отметить, что в Африке, где впервые нашли омикрон-штамм, также высокий уровень заболеваемости ВИЧ/СПИДа. Новый вариант COVID-19 нашли в Ботсване, в которой сейчас эпидемия — с вирусом живет каждый пятый человек в возрасте от 15 до 49 лет.
Как понять насколько опасен штамм и поможет ли от него вакцина?
Это достаточно сложный вопрос. Сперва нужно понять, опасен ли штамм. Для этого у больных делают забор образцов слизистой и расшифровывают геном возбудителя.
Дальше эту информацию переносят в общие базы данных и сравнивают. Например, в базе GISAID больше 2 млн геномов коронавируса со всего мира. Там есть трекер, визуализирующий, какой вариант в какой стране выявили. Также исследователи опубликовали эволюционное древо коронавируса — этим занимается проект Nextstrain. В зависимости от характеристик найденного штамма и его распространенности ученые делают вывод о его опасности.
После этого нужно понять, сработают ли существующие вакцины от нового штамма. Чтобы выяснить это, можно, например вести статистику в месте массового распространения штамма и смотреть на изменения в соотношении заболеваемости (есть ли всплеск), рост смертности, а также как меняются типичные симптомы, которые выявляют у пациентов.
Возьмем для примера «Спутник V». В основе вакцины есть S-белок, который изменяется при мутации. Значит нужно заменить его на новый образец. Дальше белок необходимо упаковать в оболочку аденовируса. Еще требуется время на наработку вакцины.
Еще одна популярная конфигурация — это мРНК-вакцины. Это более инновационный биотехнологический подход, который превращает клетки организма в молекулярные фабрики для производства белков. А они, в свою очередь, активируют специфический для патогенов иммунный ответ. Например, в BioNTech и Pfizer разрабатывают вакцину каждый раз при появлении новых штаммов вируса — это часть их стандартной процедуры.
Но после того, как вакцина адаптирована, ее нужно снова протестировать и сертифицировать. Несмотря на то, что есть упрощенные схемы этих процедур, на все уходит время. Глава Moderna заявил, что на разработку новой вакцины могут потребоваться месяцы.
Пандемия показала, как важно иметь четкий и отработанный алгоритм действий в случае появления нового вируса или опасного штамма. Пока что все процедуры выявления, подготовки и разработки препаратов выглядят разрозненно, поэтому занимают много времени и не всегда эффективны.
Как новые мутации помогают коронавирусу «сбегать» от антител и чем этому мешает вакцинация
Замедлить появление новых мутаций в геноме нового коронавируса удастся, если все страны мира приложат усилия по остановке распространения вируса.
Иллюстрация Pixabay.
Исследовательская группа, работающая под руководством учёных из Гарварда, определила несколько вероятных мутаций, которые позволяют вирусам уклоняться от иммунной защиты человека. Эта защита включает как естественный иммунитет, приобретённый в результате инфекции или вакцинации, так и терапию с помощью антител.
Новые данные, полученные исследователями, помогают предсказать будущие эволюционные манёвры вируса SARS-CoV-2, вызывающего опасную инфекцию COVID-19.
По стечению обстоятельств, именно сейчас новый штамм вируса «омикрон» был признан «вызывающим опасения».
Учёные обнаружили, что «омикрон» содержит несколько мутаций, предотвращающих появление антител. Исследователи буквально предсказали это в своей научной статье.
В итоге результаты их работы вышли в авторитетном научном издании Science в виде публикации, предназначенной для немедленного выпуска.
Доводы учёных помогут в дальнейшем оценить, как SARS-CoV-2 может развиваться по мере того, как он продолжает адаптироваться к своим человеческим хозяевам. Это должно помочь медикам и учёным подготовиться к появлению наиболее вероятных будущих мутаций вируса.
Впрочем, исследователи предупреждают, что результаты их исследования не могут быть напрямую применены к «омикрону».
Поведение этого конкретного штамма будет зависеть от взаимодействия между его собственным уникальным набором мутаций — а их по меньшей мере 30 в вирусном S-белке — и от того, как он будет конкурировать с другими активными штаммами, циркулирующими среди населения по всему миру.
Этим летом, вместо того чтобы ждать, что принесёт следующий вариант SARS-CoV-2, главный автор работы Джонатан Абрахам (Jonathan Abraham) из Гарвардской медицинской школы решил определить, как возможные будущие мутации могут повлиять на способность вируса инфицировать клетки и уклоняться от защиты иммунитета.
Чтобы оценить, как вирус может трансформироваться в следующий раз, исследователи занялись поиском редких мутаций, обнаруженных у лиц с ослабленным иммунитетом, а также в глобальной базе данных вирусных последовательностей.
Учёные сосредоточились на части S-белка коронавируса — рецептор-связывающем домене (RBD), который вирус использует для прикрепления к человеческим клеткам.
Поясним, что большинство вырабатываемых организмом антител выполняют свою работу по обезвреживанию вируса, закрепляясь в одних и тех же местах на рецептор-связывающем домене S-белка вируса. Это блокирует его прикрепление к клеткам и предотвращает инфекцию.
Мутации и эволюция — нормальная часть естественного развития вируса, отмечают исследователи. Каждый раз, когда создаётся новая копия вируса (её генерирует заражённая клетка тела человека), есть вероятность того, что может появиться ошибка копирования, своего рода генетическая опечатка.
Поскольку вирус сталкивается с давлением со стороны иммунной системы хозяина, ошибки копирования, позволяющие вирусу избежать блокирования существующими антителами, предоставляют патогену больше шансов выжить и продолжить репликацию (воспроизведение себя).
(И именно поэтому медики пытаются вакцинировать всё человечество, вне зависимости от того, кто и как болеет. Чем меньше инфекций, тем меньше шансов у патогена «измениться» и стать незаметным для иммунитета.)
Мутации, которые позволяют вирусу таким образом ускользать от антител, известны как ускользающие или избегающие мутации.
Исследователи продемонстрировали, что вирус может развивать большое количество одновременных ускользающих мутаций, сохраняя при этом способность «подключаться» к рецепторам для заражения человеческой клетки.
Чтобы проверить свои догадки, исследователи создали лабораторные «заменители» вируса. Они производятся путём комбинирования безвредных вирусоподобных частиц с участками S-белка SARS-CoV-2, содержащими предполагаемые избегающие мутации. Такие искусственные частицы называют псевдотипами.
Исследователи показали, что псевдотипы, содержащие до семи из этих избегающих мутаций, более устойчивы к терапии антителами и сыворотке крови пациентов, получивших мРНК-вакцины.
Такой сложный уровень эволюции не наблюдался у широко распространённых штаммов коронавируса в то время, когда исследователи начали свои эксперименты.
Однако с появлением штамма «омикрон» такие сложные мутации стали совершенно реальной проблемой. У дельта-штамма было только две избегающих мутации в рецептор-связывающем домене, а у «омикрона» их, по-видимому, не менее 15!
Исследователи также обнаружили одно антитело, способное эффективно нейтрализовать все тестируемые штаммы. Однако они также отметили, что вирус сможет уклониться и от этого антитела, если в его S-белке возникнет всего одна мутация, которая добавит молекулу глюкозы в том месте, где антитело связывается с вирусом. Это, в теории, помешало бы антителу выполнять свою работу.
В другом эксперименте псевдотипы подвергались воздействию сыворотки крови людей, получивших мРНК-вакцину. Для некоторых сильно мутировавших штаммов сыворотка получателей одной дозы вакцины полностью утратила способность нейтрализовать вирус.
В образцах, взятых у людей, получивших вторую дозу вакцины, вакцина сохранила по крайней мере некоторую эффективность против всех штаммов, включая некоторые сильно мутировавшие псевдотипы.
Авторы работы подчёркивают, что повторная иммунизация даже исходным антигеном S-белка может иметь решающее значение для противодействия сильно мутировавшим вариантам SARS-CoV-2.
То есть полный курс вакцинации на данный момент является основным способом защиты даже от будущих вариантов нового коронавируса, считают исследователи.
По словам учёных, их результаты также подчёркивают важность продолжающихся исследований потенциальной будущей эволюции не только SARS-CoV-2, но и других патогенов.
Абрахам отметил, что чем дольше вирус продолжает воспроизводство в организме человека, тем выше вероятность того, что он будет продолжать развивать новые мутации.
Это означает, что усилия общественного здравоохранения по предотвращению распространения вируса имеют решающее значение как для предотвращения заболевания, так и для уменьшения возможностей дальнейшего развития вируса.
А упомянутые выше усилия, как мы уже знаем, включают массовую вакцинацию населения (в том числе в странах, которые не могут себе позволит собственные вакцины), соблюдение санитарных мер предосторожности и социальное дистанцирование.
Больше новостей из мира науки и медицины вы найдёте в разделах «Наука» и «Медицина» на медиаплатформе «Смотрим».