Новый коронавирус SARS-CoV-2, который появился в городе Ухань, Китай, в прошлом году и с тех пор вызвал крупномасштабную пандемию COVID-19 и распространился более чем на 70 стран по всему миру, является продуктом естественного происхождения, согласно выводам, опубликованным в журнале Nature Medicine.
Анализ общедоступных данных о последовательности генома атипичной пневмонии CoV-2 и связанных с ней вирусов не выявил никаких доказательств того, что вирус был создан в лаборатории или иным образом сконструирован.
«Сравнивая имеющиеся данные о последовательности генома для известных штаммов коронавируса, мы можем твердо определить, что SARS-CoV-2 возникла в результате естественных процессов«, — сказал Кристиан Андерсен, кандидат медицинских наук, доцент кафедры иммунологии и микробиологии в Scripps Research и соответствующий автор статьи.
Помимо Андерсена, авторами статьи «проксимальное происхождение атипичной пневмонии-2» являются Роберт Ф. Гарри из Тулейнского университета; Эдвард Холмс из Сиднейского университета; Эндрю Рамбо из Эдинбургского университета; У. Ян Липкин из Колумбийского университета.
Коронавирусы — это большое семейство вирусов, которые могут вызывать болезни различной степени тяжести. Первое известное тяжелое заболевание, вызванное коронавирусом, возникло во время эпидемии Тяжелого Острого Респираторного Синдрома (Severe Acute Respiratory Syndrome (SARS)) в Китае в 2003 году. Вторая вспышка тяжелой болезни началась в 2012 году в Саудовской Аравии с Ближневосточного Респираторного Синдрома (Middle East Respiratory Syndrome (MERS)).
31 декабря прошлого года китайские власти предупредили Всемирную Организацию Здравоохранения о вспышке нового штамма коронавируса, вызывающего тяжелое заболевание, которое впоследствии было названо SARS-CoV-2.
Вскоре после начала эпидемии китайские ученые секвенировали геном SARS-CoV-2 и предоставили эти данные исследователям по всему миру. Полученные данные геномной последовательности показали, что китайские власти быстро обнаружили эпидемию, и что число случаев заболевания коронавирусом COVID-19 увеличивается из-за передачи вируса от человека к человеку после однократного введения в человеческую популяцию. Андерсен и сотрудники нескольких других исследовательских институтов использовали эти данные секвенирования для изучения происхождения и эволюции SARS-CoV-2, сосредоточившись на нескольких характерных особенностях вируса.
Ученые проанализировали генетический шаблон для спайковых белков, сердечника на внешней стороне вируса, которые он использует для захвата и проникновения во внешние стенки клеток человека и животных. Более конкретно, они сосредоточились на двух важных особенностях спайкового белка: рецептор-связывающий домен (receptor-binding domain — RBD), своего рода захватный крючок, который захватывает клетки-хозяина, и сайт расщепления, молекулярный консервный нож, который позволяет вирусу вскрываться и проникать в клетки-хозяина.
Доказательства естественного происхождения
Ученые обнаружили, что часть RBD спайковых белков SARS-CoV-2 эволюционировала, чтобы эффективно нацелиться на молекулярную особенность внешней стороны человеческих клеток, называемую ACE2, рецептор, участвующий в регуляции кровяного давления. Спайковый белок SARS-CoV-2 был настолько эффективен в связывании человеческих клеток, что ученые пришли к выводу, что он является результатом естественного отбора, а не продуктом генной инженерии.
Это свидетельство естественной эволюции было подкреплено данными о каркасе SARS-CoV-2 — его общей молекулярной структуре. Если бы кто-то хотел сконструировать новый коронавирус в качестве патогена, он создал бы его из каркаса вируса, который, как известно, вызывает болезнь. Но ученые обнаружили, что каркас SARS-CoV-2 существенно отличается от уже известных коронавирусов и в основном напоминает родственные вирусы, обнаруженные у летучих мышей и ящеров.
«Эти две особенности вируса, мутации в RBD-части спайкового белка и его четкий каркас, исключают лабораторные манипуляции как потенциальное происхождение SARS-CoV-2«, — сказал Андерсен.
Джози Голдинг, доктор медицинских наук, руководитель отдела эпидемий Британского фонда Wellcome Trust, сказала, что выводы Андерсена и его коллег «чрезвычайно важны для того, чтобы привести научно обоснованный взгляд на слухи, которые циркулируют о происхождении вируса (SARS-CoV-2), вызывающего COVID-19.«
«Они пришли к выводу, что вирус является продуктом естественной эволюции«, — добавляет Голдинг, — «и положили конец любым спекуляциям о преднамеренной генной инженерии.«
Возможное происхождение коронавируса COVID-19
Основываясь на своем анализе геномного секвенирования, Андерсен и его коллеги пришли к выводу, что наиболее вероятное происхождение SARS-CoV-2 следует одному из двух возможных сценариев.
В одном случае вирус эволюционировал до своего нынешнего патогенного состояния путем естественного отбора в нечеловеческом хозяине, а затем перескочил к людям. Именно так возникли предыдущие вспышки коронавируса, когда люди заражались вирусом после прямого воздействия виверровых (SARS) и верблюдов (MERS). Исследователи предложили летучих мышей в качестве наиболее вероятного первоисточника для SARS-CoV-2, поскольку он очень похож на коронавирус летучих мышей. Однако документально подтвержденных случаев прямой передачи вируса от летучих мышей к человеку не существует, что позволяет предположить, что между летучими мышами и человеком, скорее всего, был задействован промежуточный носитель.
В этом сценарии обе отличительные особенности спайкового белка SARS-CoV-2 — часть RBD, которая связывается с клетками, и участок расщепления, который открывает вирус, — эволюционировали бы до их текущего состояния до того, как они вошли в человека. В этом случае нынешняя эпидемия, вероятно, возникла бы быстро, как только люди были инфицированы, поскольку вирус уже развил бы те черты, которые делают его патогенным и способным распространяться между людьми.
В другом предлагаемом сценарии непатогенная версия вируса перескочила от животного хозяина в человека, а затем эволюционировала до своего нынешнего патогенного состояния в человеческой популяции. Например, некоторые коронавирусы панголинов, броненосных млекопитающих, обитающих в Азии и Африке, имеют структуру RBD, очень похожую на структуру SARS-CoV-2. Коронавирус от ящера мог быть передан человеку либо непосредственно, либо через посредника-носителя, такого как виверровые или хорьки.
Тогда другой отчетливый спайковый белок, характерный для SARS-CoV-2, участок расщепления, мог эволюционировать внутри человеческого хозяина, возможно, через ограниченную незамеченную циркуляцию в человеческой популяции до начала эпидемии. Исследователи обнаружили, что участок расщепления SARS-CoV-2, по-видимому, похож на участки расщепления штаммов птичьего гриппа, которые, как было показано, легко передаются между людьми. Новая атипичная пневмония могла бы развить такой вирулентный участок расщепления в человеческих клетках и вскоре спровоцировать нынешнюю эпидемию, поскольку коронавирус, возможно, стал бы гораздо более способным распространяться между людьми.
Соавтор исследования Эндрю Рамбо предупредил, что на данный момент трудно, если вообще возможно, узнать, какой из сценариев наиболее вероятен. Если SARS-CoV-2 попал в организм человека в его нынешней патогенной форме от животного источника, это повышает вероятность будущих вспышек, так как вызывающий болезнь штамм вируса все еще может циркулировать в популяции животных и может снова перейти в человека. Вероятность проникновения непатогенного коронавируса в человеческую популяцию и последующего развития свойств, сходных с SARS-CoV-2, ниже.
Источник: Scripps Research Institute