Дослідження смертельно небезпечних вірусів часто здаються людям надміру ризикованими і служать джерелом для виникнення конспірологічних теорій. У цьому сенсі не стала винятком і почалася пандемія COVID-2019 - в мережі раз у раз виникають панічні чутки про те, що коронавірус, який викликав її, був вирощений штучно і чи то спеціально, чи то через недогляд випущений у світ. У нашому матеріалі ми розбираємо, навіщо люди продовжують працювати з небезпечними вірусами, як це відбувається і чому вірус SARS-CoV-2 зовсім не схожий на втікача з лабораторії.
Людська свідомість не може прийняти лихо як випадковість. Що б не сталося - посуха, лісова пожежа, навіть падіння метеорита - нам необхідно знайти якусь причину події, щось, що допоможе дати відповідь на питання: чому це сталося зараз, чому це сталося з нами і що треба зробити, щоб це не сталося знову?
Епідемії тут не виняток, швидше, навіть правило - не вважати конспірологічних теорій навколо ВІЛ, архіви фольклористів ломляться від історій про заражених голок, залишених у сидіннях кінотеатрів, про інфіковані пиріжки.
«Біологічний Чорнобиль»
Нинішня епідемія, що увійшла буквально в кожен будинок, теж вимагає раціонального - тобто магічного - пояснення. Безлічі людей потрібно було знайти зрозумілу і, бажано, усунуту причину, і вона знайшлася майже відразу: цей «біологічний Чорнобиль» спровокували вчені та їхні безвідповідальні експерименти з вірусами.
Треба сказати, що одного разу «біологічний Чорнобиль» дійсно стався, правда, він не був схожий на нинішню пандемію коронавірусу. Це сталося на початку квітня 1979 року в Свердловську (сьогоднішньому Єкатеринбурзі), де люди раптово почали швидкоплинно вмирати від невідомої хвороби.
Хвороба виявилася сибіркою, а її джерелом став завод з виробництва бактеріологічної зброї, де за однією з версій, забули повернути на місце захисний фільтр. Всього загинуло 68 осіб, причому 66 з них, як з'ясували автори дослідження, опублікованого в журналі в 1994 році, жили точно в напрямку викиду з території військового містечка 19.
Цей факт, а також незвичайна для сибірки форма хвороби - легенева - практично не залишають місця для офіційної версії, яка гласила, що епідемія була пов'язана з зараженим м'ясом.
«Постраждале місто зіткнулося не з якимось гібридом чуми, не з мікстом, а з сибіркою особливого штаму - паличкою з перфорованою оболонкою з іншого, стрептомициноустійкого штаму Б 29», - писав один з дослідників історії цієї аварії Сергій Парфьонов.
Жертви цієї аварії загинули від спеціально напрацьованих «військових» патогенів, призначених для швидкого і масового вбивства людей.
Чи можна сказати, що зараз відбувається щось подібне, але в глобальному масштабі? Чи могли вчені створити новий, більш небезпечний штучний вірус? Якщо так, то як і навіщо вони це зробили? Чи можемо ми визначити походження нового коронавірусу? Чи можемо ми вважати, що тисячі людей загинули через помилку або злочини біологів? Спробуємо розібратися.
Птахи, тхори і мораторій
У 2011 році дві дослідницькі групи під керівництвом Рона Фуше (Ron Fouchier) і Йошіхіро Каваока (Yoshihiro Kawaoka) заявили, що їм вдалося модифікувати вірус пташиного грипу H5N1. Якщо початковий штам може передаватися до ссавця тільки від птиці, то модифікований міг передаватися і серед ссавців, а саме тхорів. Ці тварини були обрані в якості модельних організмів тому, що їх реакція на вірус грипу найбільш близька людській.
Статті з результатами дослідження і описом методів роботи були відправлені в журнали і - але не були опубліковані. Публікація була зупинена на вимогу Національної наукової комісії з біобезпеки США, яка вважала, що технологія модифікації вірусу може потрапити в руки терористів.
Ідея полегшити небезпечному вірусу, від якого помирає 60 відсотків хворих птахів, поширення серед ссавців викликала бурхливі обговорення і в науковому співтоваристві. Справа в тому, що вірусу, який навчився поширюватися в тхорах, набагато простіше навчитися поширюватися в людях у разі «втечі» з лабораторії.
Підсумком дискусії став добровільний 60-місячний мораторій на дослідження з цієї тематики, скасований у 2013 році, після прийняття нових регулюючих норм.
Роботи Фуше і Каваокі зрештою були опубліковані (правда, зі статей прибрали деякі ключові деталі), і вони наочно продемонстрували, що для переходу до поширення між ссавцями вірусу треба дуже мало і ризик появи такого штаму в природі великий.
У 2014 році, після декількох інцидентів в американських лабораторіях, міністерство охорони здоров'я США повністю зупинило проекти, пов'язані з дослідженнями трьох небезпечних патогенів: вірусу грипу H5N1, MERS і SARS. Тим не менш, в 2019 році вченим вдалося домовитися про те, що частина робіт з вивчення пташиного грипу буде все-таки продовжена з посиленими заходами безпеки.
Такі обережності не безпідставні, - відомі випадки, коли віруси «втікали» з цивільних лабораторій. Так, через кілька місяців після закінчення епідемії SARS-CoV у 2003 році на пневмонію захворіли два студенти Національного Інституту вірусології в Пекіні і ще сім пов'язаних з ними осіб. Лабораторію інституту, що займалася дослідженнями SARS, негайно закрили, а всіх постраждалих ізолювали, так що захворювання не поширилося далі.
Катастрофа в пробірці
Навіщо звичайні цивільні вчені, не військові і не терористи, ризикують життям мільйонів людей, створюючи потенційно небезпечні штами вірусів? Чому не можна обмежитися дослідженням вже існуючих вірусів, що теж приносять чимало проблем?
Якщо коротко, вчені хочуть опанувати метод передбачення, як саме може статися катастрофа, і заздалегідь знайти спосіб її зупинити або хоча б знизити збиток.
Поява смертельно небезпечного вірусу з невивченою поведінкою становить загрозу для людей. Якщо вчені і медики розуміють, як саме відбувається трансформація потенційного патогена і заздалегідь знають його основні властивості, протистояти новій напасті - або запобігти їй - стає значно легше.
Багато великих епідемій останніх років були пов'язані з тим, що вірус, поширений серед тварин, в результаті еволюції набував здатність заражати людей і передаватися від людини до людини.
Попередні епідемії пташиного грипу та синдромів SARS і MERS були спровоковані контактами людей з тваринами - господарями вірусів: птахами, циклітами, одногорбими верблюдами. Незважаючи на те, що епідемії вдавалося зупинити і вірус зникав з популяції людей, він завжди залишався в природному резервуарі і в будь-який момент міг знову «перестрибнути» на людину.
Вчені продемонстрували, що вірус, який провокує MERS, «перестрибував» зі свого основного господаря - одногорбого верблюда - на людину не один раз, так що кожен спалах захворювання був пов'язаний з окремим переходом і спровокований незалежними мутаціями вірусу.
Після епідемії атипової пневмонії 2003 року, викликаної вірусом SARS-CoV, вийшло багато статей (наприклад, раз, два і три), основний посил яких зводився до того, що в природі існує постійний «резервуар» вірусів, схожих на SARS-CoV. Їх господарі, в основному, - кажани, і ймовірність «перестрибування» вірусу з них на людей висока, так що варто бути готовим до нової епідемії, говорилося в огляді, опублікованому ще в 2007 році.
У цьому переході велику роль грають проміжні господарі, в яких вірус може пройти необхідну адаптацію. У разі епідемії 2003 року цю роль зіграли цивети. Спершу вірус кажанів жив у них, не викликаючи симптомів, і тільки потім - пройшовши адаптацію - перескочив до людей.
Це був не єдиний потенційно небезпечний штам: 2007 року в околицях того самого Уханя дослідники виявили цивет - носіїв сестринського для штаму SARS-CoV вірусу, який на перевірку дуже погано, але міг зв'язуватися з рецепторами людських клітин.
У 2013 році у кажанів - підковоносів було виявлено коронавірус, здатний використовувати для потрапляння в клітини не тільки їхні власні рецептори ACE2, а й рецептори цивет і людей. Це поставило під сумнів необхідність проміжного господаря.
Пізніше, в 2018 році, дослідники з Інституту Вірусології Уханя показали, що імунна система деяких людей, які проживають неподалік від печер, де мешкають кажани, вже знайома з SARS-подібними вірусами. Відсоток таких людей виявився невеликим, але це ясно вказує: віруси регулярно «перевіряють» можливість заселитися в людину, і іноді їм це вдається.
Щоб спрогнозувати загрозу, що виходить від потенційного патогена, потрібно розуміти, як саме він може змінитися і яких змін йому достатньо для того, щоб стати небезпечним. Часто для цього недостатньо математичних моделей або досліджень епідемії, що вже пройшла, необхідні експерименти.
Коронавірус-химера
Саме для того, щоб зрозуміти, наскільки небезпечні циркулюючі в популяції кажанів віруси, в 2015 році за участю тієї ж лабораторії в Ухані був виготовлений вірус-химера, зібраний з частин двох вірусів: лабораторного аналога SARS-CoV і вірусу SL-SHC014, поширеного в підковоносах.
Вірус SARS-CoV теж прийшов до нас від кажанів, але з проміжною «пересадкою» в цикліті. Дослідники хотіли дізнатися, наскільки пересадка була необхідна, і визначити патогенний потенціал родичів SARS-CoV, які живуть у кажанах.
Найважливішу роль у тому, чи зможе вірус заражати того чи іншого господаря, грає S-білок, який отримав свою назву від англійського слова («шип»). Цей білок - головний інструмент вірусної агресії, він чіпляється за рецептори ACE2 на поверхні клітин господаря і забезпечує проникнення в клітку.
Послідовності цих білків у різних коронавірусів досить різноманітні і «підігнані» в ході еволюції під контакт з рецепторами свого конкретного господаря.
Так, послідовності S-білків у SARS-CoV і SL-SHC014 відрізняються в ключових місцях, тому дослідники хотіли розібратися, чи заважає це вірусу SL-SHC014 перекинутися на людину. Вчені взяли S-білок SL-SHC014 і вбудували його в модельний вірус, на якому вивчають SARS-CoV в лабораторії.
З'ясувалося, що новий синтетичний вірус не поступається вихідному. Він міг заражати лабораторних мишей, а заодно проникати в клітини людських клітинних ліній. Це означає, що віруси, що мешкають у кажанах, вже несуть у собі «деталі», які можуть допомогти їм перекинутися на людину.
Додатково дослідники перевірили, чи може вакцинація лабораторних мишей за допомогою SARS-CoV вберегти їх від гібридного вірусу. Виявилося, що ні, тож навіть люди, які перехворіли на SARS-CoV, можуть виявитися беззахисними перед потенційною епідемією і старі вакцини не допоможуть.
Тому у своїх висновках автори статті підкреслили необхідність розробки нових ліків, а пізніше взяли в цьому безпосередню участь.
Аналогічний цьому зворотний експеримент - пересадка ділянки S-білка SARS-CoV вірусу кажанів Bat-SCoV - була проведена ще раніше, в 2008 році. У цьому випадку синтетичні віруси також виявилися здатні розмножуватися в лініях клітин людини.
Ось і він?
Якщо вчені можуть створювати нові віруси, в тому числі потенційно небезпечні для людини, більш того, якщо вони вже експериментували з коронавірусом і створювали нові штами, то чи не означає це, що штам, який викликав нинішню пандемію, теж був виготовлений штучно?
Чи міг SARS-CoV-2 просто «втекти» з лабораторії? Відомо, що така «втеча» призвела до невеликого спалаху SARS у 2003 році, вже після завершення «основної» епідемії. Щоб відповісти на це питання, необхідно розібратися в деталях технології і зрозуміти, як саме роблять модифіковані віруси.
Основний метод - це складання одного вірусу з частин декількох інших. Цим способом якраз скористалася група Ральфа Баріка (Ralph Baric) і Ши Чженлі (ZhengLi-Li Shi), що створила описану вище химеру з «деталек» вірусів SARS-CoV і SL-SHC01.
Якщо секвенувати геном такого вірусу, то можна побачити блоки, з яких він був побудований, - вони будуть схожі на ділянки вихідних вірусів.
Другий варіант - відтворювати еволюцію в пробірці. Цим шляхом йшли дослідники пташиного грипу, які відбирали віруси, більш пристосовані до розмноження в тхорах. Незважаючи на те, що такий варіант отримання нових вірусів можливий, кінцевий штам залишиться близьким до вихідного.
Штам, що викликав сьогоднішню пандемію, не підходить під жоден з перерахованих варіантів. По-перше, геном SARS-CoV-2 не володіє такою блочною структурою: відмінності від інших відомих штамів розсипані по всьому геному. Це одна з ознак природної еволюції.
По-друге, ніяких вставок, схожих на інші патогенні віруси, в цьому геномі теж не знайдені.
Хоча в лютому був опублікований препринт, автори якого нібито знайшли в геномі вірусу вставки ВІЛ, при найближчому розгляді з'ясувалося, що аналіз був проведений некоректно: ці ділянки настільки малі і не специфічні, що з тим же успіхом можуть належати величезній кількості організмів. Крім того, ці ділянки можна знайти і в геномах «диких» коронавірусів кажанів. У підсумку препринт відкликали.
Якщо порівняти геном коронавірусу-химери, синтезованого в 2015 році, або двох вихідних для нього вірусів з геномом пандемічного штаму SARS-CoV-2, то виявиться, що вони відрізняються більше, ніж на п'ять тисяч букв-нуклеотидів, - це приблизно одна шоста від загальної довжини генома вірусу, і це дуже велика розбіжність.
Тому підстав вважати, що сучасний SARS-CoV-2 - це версія синтетичного вірусу 2015 року, немає.
Дикі родичі
Порівняння геномів коронавірусів показало, що найближчий відомий родич SARS-CoV-2 - це коронавірус RaTG13, знайдений у кажана - підковоноса з провінції Юннань 2013 року. У них збігаються 96 відсотків геному.
Це більше ніж у інших, але, тим не менш, не можна назвати RaTG13 дуже близьким родичем SARS-CoV-2 і стверджувати, що один штам перетворили на інший в лабораторії.
Якщо порівняти SARS-CoV, що викликав епідемію 2003 року, і його безпосереднього предка, - вірус із цивети, то виявиться, що їхні геноми відрізняються всього на 202 нуклеотиди (0,02 відсотка). Різниця між «диким» і отриманим в лабораторії штамом вірусу грипу менше десятка мутацій.
На цьому тлі дистанція між SARS-CoV-2 і RaTG13 величезна - понад 1100 розсипаних по всьому геному мутацій (3,8 відсотка).
Можна припустити, що вірус дуже довго еволюціонував всередині лабораторії і придбав стільки мутацій за багато років. У цьому випадку дійсно буде неможливо відрізнити лабораторний вірус від дикого, оскільки вони розвивалися за одними і тими ж законами. Але ймовірність появи такого вірусу вкрай мала.
При зберіганні віруси намагаються тримати в спокої - саме для того, щоб вони зберігалися в первозданному вигляді, а результати експериментів над ними фіксуються в публікаціях Уханьської лабораторії Ши Чженлі, що регулярно з'являються.
Набагато більше шансів знайти прямого предка цього вірусу не в лабораторії, а серед коронавірусів кажанів і потенційних проміжних господарів. Як уже згадувалося, в районі Уханя вже виявлялися цивети - носії потенційно небезпечних вірусів, є й інші можливі переносники. Їхні віруси різноманітні, але мізерно представлені в базах даних.
Дізнавшись про них більше, ми, швидше за все, зможемо краще зрозуміти, як вірус потрапив до нас. Судячи з генеалогічного дерева геномів, всі відомі SARS-CoV-2 - це нащадки одного вірусу, який жив приблизно в листопаді 2019 року. Але де саме жили його близькі предки до перших випадків COVID-19, ми не знаємо.
Дві особливі ділянки
Незважаючи на те, що відмінності від інших відомих коронавірусів розсипані по всьому геному SARS-CoV-2, дослідники прийшли до висновку, що ключові для зараження людини мутації сконцентровані в двох ділянках гена, що кодує S-білок. Ці дві ділянки теж мають природне походження.
Перший з них відповідає за правильне зв'язування з рецептором ACE2. З шести ключових амінокислот на цій ділянці у споріднених вірусних штамів збігається не більше половини, а у самого близького родича RaTG13 - тільки одна. Патогенність для людини штаму з таким поєднанням описана вперше, а ідентичне поєднання знайшлося поки тільки в послідовності коронавірусу панголіну.
З того, що ці ключові амінокислоти однакові у вірусу панголіну і людини, не можна зробити однозначний висновок про те, що ця ділянка має спільне походження. Це може бути прикладом паралельної еволюції, коли віруси або інші організми незалежно один від одного набувають подібних рис.
Найвідоміший приклад такого процесу - коли бактерії незалежно один від одного отримують стійкість до одного і того ж антибіотика. Аналогічно і вірус, пристосовуючись до життя в організмах зі схожими рецепторами ACE2, може еволюціонувати подібним чином.
Альтернативний сценарій для отримання такої картини, навпаки, передбачає, що всі шість ключових амінокислот були присутні у загального предка вірусу панголіну, RaTG13 і SARS-CoV-2, але пізніше були замінені у RaTG13 на інші.
Крім клітин людини, S-білок SARS-CoV-2, можливо, здатний дізнаватися рецептори ACE2 інших тварин, наприклад тхорів, кішок або деяких мавп, через те що молекули цих рецепторів ідентичні або дуже схожі на людські в місцях їх взаємодії з вірусом. Це означає, що коло господарів вірусу не обов'язково обмежене людиною і він міг довгий час «тренувати» взаємодію зі схожими рецепторами, живучи в іншій тварині. (Це теоретичне припущення, засноване на розрахунках, - жодних доказів того, що вірус міг би передаватися через домашніх тварин на зразок кішок і собак, немає).
Чи могли ці амінокислоти були вставлені штучно?
З попередніх досліджень відомо, що S-білок дуже варіативний. Цей варіант шести амінокислот - не єдиний зі здатних навчити вірус чіплятися до клітин людини і, більш того, як показано в одній зі свіжих робіт, не ідеальний з точки зору «шкідливості» вірусу. Як було описано вище, послідовності S-білків, здатних зв'язуватися з рецепторами ACE2, відомі давно, і штучне «поліпшення» вірусу за допомогою саме цієї невідомої раніше послідовності амінокислот - до того ж не оптимальної - здається малоймовірним.
Друга особливість S-білка SARS-CoV-2 (крім тих шести амінокислот) - це спосіб його розрізання. Щоб вірус потрапив в клітку, S-білок повинен бути розрізаний в певному місці ферментами клітини. У всіх інших родичів, включаючи віруси кажанів, панголінів і людей, місце розрізу являє собою всього одну амінокислоту, тоді як у SARS-CoV-2 - відразу чотири.
Поділитися