Ученые пытаются точно определить, где и как появился высокозаразный вариант, чтобы лучше подготовиться к следующему.
Медики берут образцы у людей в центре тестирования на COVID-19 в Кашкайше, Португалия, 22 декабря 2021 года.
Прибытие Омикрона в ноябре 2021 года застало ученых врасплох. Не потому, что в блоке был новый вариант, а потому, что в нем было много необычных мутаций - одни редкие, а другие никогда раньше не встречались. Кроме того, его ближайшие родственники были не недавними вариантами, а более ранними версиями SARS-CoV-2, вируса, вызывающего COVID-19, циркулировавшего более года назад.
Это заставило научное сообщество задаться вопросом, откуда именно взялся Омикрон. Некоторые исследования показывают, что этот вариант мог развиться в организме человека с ослабленным иммунитетом; другие молекулярные подсказки предполагают, что вирус перешел от человека к животному, где он эволюционировал, прежде чем вернуться обратно в человека-хозяина.
Вирус нормально мутирует при передаче от человека к человеку, что неизбежно приводит к ошибкам в его генетическом коде по мере его размножения. Хотя большинство мутаций могут быть доброкачественными, если какие-либо из них дают вирусу преимущество в выживании, делая его, скажем, более трансмиссивным или способствуя его способности ускользать от иммунной системы хозяина, они могут сохраняться и приводить к появлению новых вариантов с более тревожными чертами.
«Я не думаю, что другие вызывающие озабоченность варианты являются чем-то большим сюрпризом по сравнению с Omicron, который появился из ниоткуда», - говорит Анжела Расмуссен, вирусолог из Университета Саскачевана в Канаде.
Анализ его генома показывает, что Омикрон, вероятно, отклонился от исходной линии SARS-CoV-2 в середине 2020 года. Вирус SARS-CoV-2 обычно приобретает две мутации в месяц. Для каждой линии, которая была в обращении, «эта [скорость мутаций] была довольно постоянной», - говорит Франсуа Баллу, вычислительный биолог из Института генетики Лондонского университетского колледжа в Соединенном Королевстве. В течение примерно 18 месяцев такая скорость мутаций предполагает, что дивергентный штамм вируса приобрел примерно 36 мутаций.
Но секвенирование генетического кода Омикрона выявило более 50 мутаций, из которых не менее 30 связаны с критически важным спайковым белком, который необходим для заражения клеток человека. «Это большой скачок, - говорит Баллу. Кроме того, многие из этих мутаций сосредоточены вокруг области шипа, где связываются антитела, блокируя способность SARS-CoV-2 проникать в клетку.
«Все они в таком созвездии, - говорит Расмуссен, - определенно сильно отличались от всего, что мы наблюдали среди людей».
Длительное заражение COVID-19
За последние два года появились сообщения об инфекциях COVID-19, которые могут сохраняться от месяцев до почти года у некоторых людей с ослабленным иммунитетом. В отсутствие надежной иммунной системы вирус может продолжать размножаться и накапливать мутации, которые изменяют его внешний вид и позволяют ему ускользать от антител, вырабатываемых для блокирования инфекции.
«Из других вирусов мы знаем, что при заражении человека с ослабленным иммунитетом линия может накапливать больше мутаций, чем ожидалось, по сравнению с вирусом, передающимся от человека к человеку», - говорит Баллу.
Могут появиться новые комбинации мутаций, особенно если иммунная система человека не может быстро уничтожить новые вирусы. Затем определенные отдельные мутации, которые в противном случае могли бы не выжить, закрепляются в генетическом коде вируса и накапливаются при низком иммунитете. По его словам, некоторые из этих отдельных мутаций вместе могут принести пользу вирусу.
В Южной Африке, например, вирусолог Тонгаи Мапонга из Стелленбосского университета и его коллеги зафиксировали более 20 мутаций в бета-варианте SARS-CoV-2, которые развивались в течение как минимум девяти месяцев у пациента с запущенным заболеванием ВИЧ. Ученые из Великобритании зафиксировали новые мутации у трех других пациентов с поздней стадией ВИЧ, у которых в течение нескольких месяцев была инфекция SARS-CoV-2 Alpha. В Португалии ученые зафиксировали необычно большое количество мутаций SARS-CoV-2 у онкологического больного с ослабленным иммунитетом, у которого инфекция сохранялась не менее шести месяцев и который лечился противовирусным препаратом ремдесивиром и противовоспалительными кортикостероидами. Эти препараты могли подавить иммунную систему пациента и облегчить мутацию и адаптацию SARS-CoV-2.
Наблюдая за эволюцией SARS-CoV-2 у некоторых пациентов с ослабленным иммунитетом, инфицированных в течение более длительного времени, «у нас есть некоторые сходства и мутации, которые мы наблюдали в вызывающих беспокойство вариантах», - говорит Ричард Лесселс, врач-инфекционист из Университет Квазулу-Наталь в Южной Африке. По мнению некоторых ученых, вероятно, именно так эволюционировал Омикрон.
Хотя неясно, насколько распространены такие длительные инфекции COVID-19 в популяции людей, особенно когда несколько таких пациентов не имеют симптомов, Лесселс говорит: «Это не имеет большого значения, даже если это чрезвычайно редкое явление»., если появляются варианты, которые затем могут успешно распространяться в популяции, то это должно произойти только один или два раза, чтобы это было значительным».
Это также может объяснить, почему усилия по наблюдению за геномом во многих частях мира могли не обнаружить редкий случай эволюции SARS-CoV-2, пока не стало слишком поздно для предотвращения передачи, поскольку этот вариант заразил многих людей.
Может ли ограниченное наблюдение позволить Омикрону остаться незамеченным?
Но есть еще одна гипотеза, которая привлекла внимание: возможно, Омикрон просто эволюционировал в относительно изолированном регионе, который имел ограниченные возможности для анализа генетических последовательностей образцов вируса COVID-19. Это означает, что Омикрон мог долгое время циркулировать в популяции незамеченным.
Например, интересующий вариант B.1.620 был впервые обнаружен в Литве в апреле 2021 года, но исследователи проследили его происхождение до Центральной Африки, где некоторые страны столкнулись с ограниченными возможностями геномного наблюдения. Хотя этот вариант был потенциально распространен в регионе, согласно гипотезе, его присутствие осталось незамеченным и стало известно только из случаев у людей, которые путешествовали между Европой, Камеруном и Мали..
Вспышки вируса могут стать смертельными пандемиями за считанные дни. Чтобы предотвратить катастрофу, смелые ученые противостоят новым методам лечения и вакцинам. Кадры из шоу "Прорыв".
Расмуссен, однако, считает, что эта гипотеза может быть неприменима в случае с Омикроном. «Я думаю, что это маловероятно, потому что на Земле не так много людей, которые настолько изолированы», - говорит она.«Мы бы видели, как предки Омикрона появлялись в других популяциях [с течением времени], и в какой-то момент они были бы обнаружены геномным наблюдением».
Является ли Омикрон продуктом животного-хозяина?
Вэньфэн Цянь, генетик из Китайской академии наук, с другой стороны, подозревает, что Омикрон мог появиться у животных - скорее всего, у мышей и крыс. За последний год SARS-CoV-2 заразил домашних кошек, собак и хорьков, разорил норковые фермы и распространился на тигров и гиен в зоопарках и на белохвостых оленей в лесах Северной Америки.
Хотя мыши изначально служили плохими хозяевами для SARS-CoV-2, поскольку белковые рецепторы на поверхности клеток грызунов блокировали связывание и проникновение вируса, исследование показало, что более новые варианты, такие как альфа, бета и У Gamma была мутация под названием N501Y в шиповидном белке, которая позволила вирусу заразить клетки мышей в лабораторных тестах. Эта мутация также встречается у Омикрона. Эта мутация также встречается у Омикрона. Есть также несколько других мутаций, связанных с адаптацией грызунов, которые наблюдаются в этом варианте.
Циан и его коллеги изучили 45 мутаций, включая N501Y, в геноме Omicron и отметили, что некоторые из них соответствуют мутациям, обычно наблюдаемым у коронавирусов, развивающихся у мышей. Они также обнаружили, что мутационные сигнатуры предшественников Omicron не соответствовали закономерностям, которые можно было бы наблюдать, если бы SARS-CoV-2 развился у человека-хозяина. РНК-вирусы, в том числе SARS-CoV-2, как правило, накапливают больше мутаций, в которых генетический строительный блок гуанин заменяется так называемым урацилом - так называемая мутация G-to-U - когда они заражают и развиваются у людей. Но ограниченное количество мутаций G-to-U у предшественников Омикрона предположило Цянь, что он эволюционировал в организме животного-хозяина. Однако при этом «мы не можем идентифицировать точное животное», - говорит он.
Возможно, что SARS-CoV-2 перешел от зараженного человека к мышам или крысам, распространился среди мышей и эволюционировал в Омикрон, а затем заразил человека, который мог контактировать с таким животным. Это было бы похоже на случай с фермерами, выращивающими норок, которые были инфицированы мутировавшей версией SARS-CoV-2, циркулирующей среди норок, заразившихся COVID-19 от человека.
Тем не менее, многие ученые поддерживают гипотезу о том, что Омикрон мог развиться у человека с ослабленным иммунитетом с длительной инфекцией COVID-19. «Типы мутаций, которые мы наблюдаем, в частности, у пациентов с плохим или нелеченным ВИЧ, очень напоминают Омикрон», - говорит Баллу. Расмуссен соглашается, но, по ее мнению, это не опровергает гипотезу животного происхождения и не устраняет потенциальные риски от контакта с инфицированными животными.
Мапонга, Лесселс и их коллеги в Южной Африке планируют внимательно следить за траекторией распространения вируса SARS-CoV-2 у пациентов с ВИЧ с тяжелым иммунодефицитом. Расмуссен и ее коллеги, с другой стороны, планируют обследовать домашних животных, таких как лошади, коровы, овцы и козы, а также диких животных, таких как белохвостые олени, еноты и мелкие хищники в Канаде, чтобы понять их восприимчивость к атипичной пневмонии. CoV-2 и, в частности, инфекции Omicron.
Выяснение происхождения Омикрона может не помочь нам справиться с пандемией, говорит она. «Но это может улучшить наш мониторинг новых вариантов».