Коронавирусы: в семье не без урода

Возбудитель пандемии COVID-19, новый коронавирус SARS-CoV-2, относится к семейству коронавирусов, в котором насчитывается 40 видов. Все они имеют схожее строение, о котором мы уже писали. Но не лишне и повторить. Это РНК-вирусы с довольно крупными по размеру вирусными частицами (вирионами) – 100-120 нм. В центре вириона находится генетический материал – молекула РНК в комплексе с белком (нуклеокапсид). Молекула РНК у них тоже крупная – около 30 тысяч нуклеотидов. Белковая оболочка, капсид, у коронавирусов ощетинивается шипами «короны». Шипы образованы S-белком (или спайк-белком), именно он связывается с рецептором на клеточной мембране и обеспечивает проникновение вируса в клетку. Поверх белкового капсида коронавирусы снабжены дополнительной оболочкой – суперкапсидом из двойного слоя липидов.

Коронавирусы размножаются в клетках млекопитающих и птиц, а некоторые – в клетках человека, причем по степени патогенности для человека они очень отличаются. Большинство коронавирусов вызывают у человека обычную острую респираторную инфекцию (ОРВИ), как и множество других вирусов из разных семейств. Таковы коронавирусы HCoV-229E, HCoV-NL63, HCoV-OC43, HCoV-HKU1 (буква H в названии означает, что они «человеческие»). По разным оценкам, коронавирусы становятся причиной от 12% до 20% ОРВИ.  

На них никто особенно не обращал внимания, пока в 2002 году в Китае не случилась вспышка атипичной пневмонии (TOPC). Ее возбудителем был коронавирус SARS-CoV. Как следует из названия, он весьма похож на возбудителя нынешней пандемии COVID-19. Для проникновения в клетку он использует тот же рецептор АС2. До того, как возбудитель атипичной пневмонии стал заражать человека, его хозяевами были летучие мыши. Атипичная пневмония в 2003 году распространилась на другие страны и континенты; эпидемией были охвачены 29 стран, болезнь диагностирована у 8098 людей, 774 из них умерли. Если сравнить ее с нынешней пандемией COVID-19, то заболевших было несопоставимо меньше, но смертность достигала почти 10%, что гораздо выше, чем сейчас.

В 2012 году случилась вспышка ближневосточного респираторного синдрома в Саудовской Аравии, ее возбудитель – коронавирус MERS-CoV. К 2015 году эпидемия охватила 23 страны. Заболевания, вызванные MERS-CoV, продолжаются, всего в мире зарегистрировано около 2500 случаев, умерли около 900 человек. Как и с атипичной пневмонией, мы видим, что, по сравнению с COVID-19, число заболевших гораздо меньше, а смертность гораздо выше. MERS-CoV находится в меньшем родстве с новым коронавирусом, чем возбудитель атипичной пневмонии: так для проникновения в клетку он использует другой рецептор, DPP4.

На распространение заболевания и смертность от него влияют множество свойств вируса, которые у возбудителя COVID-19 еще недостаточно изучены: вирулентность, механизмы передачи, инкубационный период, способность к бессимптомной передаче, выработка иммунитета и пр. Сейчас во всем мире секвенируют геномы SARS-CoV-2, чтобы оценить скорость и особенность его эволюции, что очень важно для создания вакцины. Пока что ясно, что он эволюционирует не очень быстро, скорость возникающих в нем мутаций меньше, чем у вируса гриппа.

Интересное исследование, в котором на молекулярном уровне сравнивали разные коронавирусы, провел эволюционный биолог и вирусолог Евгений Кунин, сотрудник Cold Spring Harbor Laboratory, эта работа опубликована в виде препринта. Евгений Кунин и его коллеги задались вопросом, есть ли отличия на уровне генов и белков у коронавирусов с высокой патогенностью (SARS-CoV, MERS-CoV и SARS-CoV-2) от менее опасных вирусов того же семейства. Для сравнения тех и других ученые привлекли метод нейронных сетей. Этим методом им удалось найти 11 участков в геномах, которые отличают высокопатогенные коронавирусы от менее патогенных, из них 4 вызывают изменения в белках вируса.

Эти участки были достаточно большими – не замены отдельных нуклеотидов, а вставки фрагментов нуклеотидов, инсерции. И эти отличия в геноме вызывали изменения в двух белках вируса. Один белок входит в состав нуклеокапсида (в комплексе с РНК), и смысл его изменений пока не очень понятен. Ученые выяснили, что у высокопатогенных вирусов нуклеокапсидный белок помогает вирусу проникнуть в ядро клетки, хотя пока исследователи не понимают, зачем это надо, и как это может быть связано с патогенностью. Второй белок – это S-белок, в нем происходят изменения, которые облегчают вирусу узнавание рецептора AC2 и слияние вирусной мембраны с клеточной мембраной. Это относилось и к вирусам SARS, и к вирусу MERS, хотя они используют разные клеточные рецепторы. Наконец, у SARS-CoV-2 обнаружилась еще одна вставка, которая позволяет ему узнавать клеточную протеазу (фермент, расщепляющий белок) под названием фурин. Эта самая протеаза фурин расщепляет S-белок на две части – одна часть служит для узнавания рецептора, другая – для проникновения в клетку. И обнаруженная вставка повышает эффективность этого процесса.