Это исследование может стать важным шагом как в поисках лечения, так и в разработке подходов прогнозирования последующих вирусных эпидемий. О своей работе в эксклюзивном интервью нашей газете рассказал руководитель лаборатории, эксперт с мировым именем в области компьютерной и эволюционной биологии, сотрудник Национального центра биотехнологической информации Национального института здравоохранения США Евгений Кунин.
- Мы занимаемся биоинформатикой, то есть изучаем геномы самых разных вирусов и пытаемся понять их устройство и эволюцию. Лет 30 назад мы напечатали пару статей, которые имели значение на ранней стадии изучения коронавирусов. Но с тех пор коронавирусами я вплотную не занимался. Сейчас мы занялись этим исследованием, потому что моя группа в последнее время изучала РНК-содержащие вирусы, а также работала с некоторыми методами искусственного интеллекта.
- В чем суть вашего исследования?
- Мы решили сравнить геномы летальных коронавирусов SARS-CoV, вызывающих атипичную пневмонию, MERS, вызывающего ближневосточный респираторный синдром, и SARS-CoV-2, который вызывает COVID-19, с другими, менее опасными коронавирусами. Нашей задачей было попытаться при помощи метода искусственного интеллекта объективно выяснить, есть ли что-то такое в геномах высокопатогенных летальных коронавирусов, что отличало бы их от остальных «сородичей». Задача эта без заранее известного ответа, мы и сами не знали, удастся ли что-то найти. Тем более что развиваться эти три летальных вируса могли разными путями, так как они расположены в разных частях эволюционного дерева и патогенность свою приобрели явно независимо друг от друга. Поэтому мы специфически обучали компьютерную программу искать различные вставки, которые приводят к изменениям фрагментов белков. Bыводы, сделанные нашей программой, имеют очень высокую точность, хотя биологическая интерпретация - это, конечно, совсем другой вопрос.
В итоге мы нашли то, чем интересовались: у трех летальных вирусов есть общее, то, чего нет у других коронавирусов. Во-первых, это вставки в S-белкe («спайк»), который образует шипы на поверхности вирусных частиц, собственно, лучи этой самой короны. Именно с помощью этих шипов вирус цепляется и проникает в клетки человека или животных. Во-вторых, нашли изменения и в нуклеокапсидном белке, который находится уже внутри самой вирусной частицы. Этот белок связан непосредственно с вирусной РНК и содержит так называемый «сигнал ядерной локализации» (NLS). Для вирусологов это не новость – NLS был обнаружен еще лет 20 назад, - а вот сейчас нам удалось выяснить, что у трех высокопатогенных штаммов эти «сигналы» более мощные, что, по-видимому, приводит к повышенному накоплению нуклеокапсидного белка в ядрах зараженных клеток. Это тоже потенциально важное отличие летальных коронавирусов от других.
Важно то, что эти свои отличия все три штамма - SARS-CoV, MERS и SARS-CoV-2 – приобрели независимо друг от друга. И поскольку теперь нам известна их структура, то можно объяснить эффект от этих вставок – то есть почему они более эффективно проникают в клетки.
- А что отличает эти три вируса друг от друга?
- Очень правильный вопрос. Есть еще одна вставка, которая оказалась только у вируса SARS-CoV-2. Его «спайк»-белок имеет функциональный сайт расщепления фурином. Это специфическая протеаза (фермент. – Ред.), которая расщепляет спайк-протеины многих из этих вирусов, хотя и не всех, и облегчает их взаимодействие с рецептором. Предполагается, что именно благодаря эффективному расщеплению этой протеазой вирус SARS-CoV-2 легче проникает в клетки. Если предыдущие летальные коронавирусы воздействовали на легкие, то этот, вероятно, благодаря такой специфичной вставке, умеет размножаться и в носоглотке, и в легких, и в других органах. И эта специальная вставка очень загадочная, она непонятно откуда появилась. Сейчас наша лаборатория – и, конечно, не мы одни, – пытается это понять.
- Основываясь на ваших исследованиях, можно ли окончательно сказать, природного происхождения этот вирус или рукотворный?
- С одной стороны, вставки в SARS-CoV-2 наблюдаются примерно в тех же местах, что и у SARS-CoV, и у MERS. И это, конечно, любому непредвзято мыслящему – это важно! – человеку говорит, что да, это природный вирус. Oн естественным образом встраивается в эволюционное дерево всех других вирусов. То, что его отличает от собратьев, – это некоторые специфические мутации, повышающие патогенность, что мы уже обсуждали. Какие это мутации, никто заранее не знал, так что говорить о конструировании такого вируса нелепо. Но есть и другая воможность: хотя вирус исходно, конечно, природный, непосредственным источником могла быть лаборатория. И отнюдь не пытались в ней создать виновника пандемии, просто ученые изучали вирусы. Возможно, что в лаборатории выделяли эти вирусы из летучих мышей и даже пассировали их на человеческих клетках, что есть важное дело, но не безопасное. Любые эти исследования рискованны, но наука не может ими не заниматься - разумеется, при соблюдении всех необходимых предосторожностей, которые, однако, никогда не могут быть абсолютно надежными. То, что этот вирус, так сказать, «сбежал» из лаборатории и начал заражать людей, исключить нельзя. Но определить, как реально было дело, должны следователи, а не ученые, и выяснить это наверняка будет крайне сложно.
- Какой именно штамм SARS-CoV-2 вы брали для своего исследования? Насколько я понимаю, сейчас в мире уже очень много штаммов, мутировавших от оригинального китайского?
- Для исследования и определения вставок это неважно, так как он не настолько быстро мутирует, чтобы возникли подобные изменения в геноме.
- Если вирус SARS-CoV-2 мутировал самостоятельно, естественным путем, значит ли это, что через какое-то время нас ждет пандемия, вызванная следующим, еще более умным вирусом?
- Думаю, да. В длительной перспективе вероятность появления столь же умного вируса или, не приведи, Господи, еще поумнее, близка к 100 процентам, так что он обязательно появится. Когда – вопрос другой. Могут пройти десятилетия. Ведь тем и важна наша работа, что мы обнаружили изменения, сходные с теми, которые характерны для высокопатогенных штаммов, у многих вирусов, которые выделили из летучих мышей. Некоторые из них, вероятно, могут перепрыгнуть на человека в любой момент. Что делать, чтобы предотвратить пандемию такого масштаба? Изучать геномы этих вирусов еще более внимательно, чтобы определить, чего нам следует ожидать. Изучать это пресловутое фуриновое расщепление – это действительно очень важно для понимания вирулентности вируса. Мониторить уже известные вирусы, следить за их мутациями. Этим сейчас уже занимаются десятки лабораторий.
- В свое время ученые тоже активно изучали вирусы SARS-CoV и MERS, разрабатывали лекарство, вакцины, да так и оставили работу на полпути. Сейчас активно возвращаются к этим наработкам, пытаясь найти панацею от SARS-CoV-2. Может, если бы тогда исследования не прекращались, сейчас не было бы пандемии?
- Я думаю, что человечество в целом и его научная часть плохо усваивают уроки. Но уж этот урок такой наглядный, что он будет усвоен.
- Правильно ли я понимаю, что если найти «блокиратор» для выделенных вами белков, то это и будет лекарство и вакцина от SARS-CoV-2?
- По идее да. Я не вижу непреодолимых трудностей, ведь белки поддаются блокировке – что и делают антитела. Поэтому сейчас мы продолжаем нашу работу. Наша лаборатория «сухая», то есть мы не проводим сами эксперименты, но сейчас, на основе нашего исследования, коллеги из другой лаборатории проводят практические опыты, и моя группа в них тоже принимает участие.
В том, что вакцина от COVID-19 будет создана, я даже не сомневаюсь. Самое большее, она появится через год после этого нашего с вами разговора. Другой вопрос, какова будет ее эффективность. Будет ли она работать столь же хорошо, как вакцина против кори, или окажется относительно малоэффективной, как гриппозная? Нет оснований думать, что здесь такой же случай, как и с HIV (ВИЧ), когда в силу биологических особенностей того вируса вакцины исключительно сложно создать, они просто не работают. Я не думаю, что с SARS-CoV-2 все так же безнадежно. Что же касается лекарств, пока, насколько мне известно, серьезных результатов в лечении ни один препарат не дает.
- Какой ваш прогноз: SARS-CoV-2 останется с нами навсегда?
- В этом смысле ситуация совершенно аналогична гриппу. Коронавирусы, в том числе высокопатогенные, с нами остаются. Этот конкретный штамм – нет, не останется, уйдет. SARS-CoV-2 в том виде, в каком он есть сейчас, может, будет с нами год или два, но потом – все. Потому что он мутирует, потому что будет вакцина, потому что так или иначе пандемия будет остановлена.
