Очная вставка: откуда в sars-cov-2 фрагмент человеческого гена

Операция «рекомбинация»

Согласно исследованию Лэтэма и Эллисона получается, что нулевой пациент, стоявший в начале нынешней пандемии, уже унесшей жизни около 650 тыс. человек, появился еще в 2012 году. Именно легкие шахтеров создали уникальные возможности для рекомбинации в РНК вируса. Там, в геноме вируса, благодаря вставке из 12 нуклеотидов, и возник тот самый фуриновый сайт из восьми аминокислот, необходимый патогену для проникновения внутрь клетки человека. Полностью соответствующий такому же фрагменту человеческого белка и его гена.

Вирус_3

Фото: Depositphotos

— Эти шахтеры действительно попали в уникальную ситуацию, так как подверглись очень большой вирусной нагрузке, — считает профессор кафедры геномики и биоинформатики СФУ, профессор Гёттингенского университета (Германия) Константин Крутовский. — Ведь они не просто работали в шахте, их задачей было очистить ее от накопившихся в огромном количестве экскрементов летучих мышей, которые как известно, особенно насыщены коронавирусами. Вполне вероятно, что у одного из шахтеров могла произойти рекомбинация РНК коронавируса с РНК гена человека (контролирующего белок ENaC-ɑ) и имеющего такую же фуриновую вставку. Считается, что именно благодаря ей значительно возросла эффективность проникновения SARS-CoV-2 внутрь клеток. Не исключено также, что рекомбинация произошла между SARS-CoV-подобными вирусами, один из которых уже имеет эту вставку. Однако он пока не обнаружен в природе.

Лэтэм и Эллисон приводят математические расчеты. Они указывают на то, что стандартные коронавирусные инфекции ограничены горлом и верхними дыхательными путями. SARS-CoV-2 же развивается как раз в легких. Легкие намного больше как по весу, так и по площади поверхности, нежели верхние дыхательные пути. Таким образом, пишут они, «количество потенциально зараженной ткани в среднем легком примерно в 4,5 тыс. раз больше, чем доступно для обычной коронавирусной инфекции».

Мутации в рецептор-связывающем домене SARS-CoV-2

Рецептор-связывающий домен (RBD) в белке шипа является наиболее вариабельной частью генома коронавируса. Было показано, что шесть аминокислот RBD являются критическими для связывания с рецепторами ACE2 и для определения диапазона хозяев для различных SARS-CoV-подобных вирусов с координатами, основанными на SARS-CoV, — это Y442, L472, N479, D480, T487 и Y4911, которые соответствуют L455, F486, Q493, S494, N501 и Y505 в SARS-CoV-27. Пять из этих шести остатков различаются между SARSCoV-2 и SARS-CoV (рис. 1а). На основании структурных исследований и биохимических экспериментов SARS-CoV-2, по-видимому, имеет RBD, который обладает высоким сродством к ACE2 у человека, хорьков, кошек и других видов с высокой гомологией рецепторов.

Рисунок 1 | Особенности шиповых белков SARS-CoV-2 и родственных коронавирусов
a) Мутации в контактных остатках шиповых белков SARS-CoV-2. Связывающий белок SARS-CoV-2 (красная полоса сверху) был сопоставлен с наиболее схожими с SARS-CoV-подобными коронавирусами и самим SARS-CoV. Ключевые остатки в связывающем белке, которые вступают в контакт с рецептором ACE2, отмечены синими прямоугольниками как в SARS-CoV-2, так и в родственных вирусах, включая SARS-CoV (штамм Urbani). b) Приобретение многоосновного сайта расщепления и О-связанных гликанов. Как сайт многоосновного расщепления, так и три соседних О-связанных гликана являются уникальными для SARS-CoV-2 и ранее не наблюдались в бета-коронавирусах линии В. Показаны последовательности из NCBI GenBank, коды доступа MN908947, MN996532, AY278741, KY417146 и MK211376. Последовательности коронавируса панголина представляют собой некий микс, полученный из SRR10168377 и SRR10168378 (NCBI BioProject PRJNA573298).

Хотя приведенный выше анализ предполагает, что SARS-CoV-2 может связывать человеческий ACE2 с более высокой аффинностью, вычислительный анализ предсказывает, что его взаимодействие с рецепторами сложно назвать идеальным, и что последовательность RBD отличается от показанной в SARS-CoV, чтобы быть более «удобной» для связывания с рецептором. Таким образом, высокоаффинное связывание белка шипа SARS-CoV-2 с человеческим ACE2, скорее всего, является результатом естественного отбора на человеческом или подобном человеку рецептору ACE2. Это убедительное доказательство того, что SARS-CoV-2 не является продуктом целенаправленных манипуляций.

Морфологические характеристики

Коронавирусы – это одни из самых крупных оболочечных вирусов с размером генома от 27 до 34 тысяч пар оснований, достигают размеров 120-160 нм.

Отличаются округлой изменяющейся формой и сформированными из гликопротеина или триммеров гликопротеина S булавовидными поверхностными отростками от 10 до 25 нм (у SARS-CoV-2 эти отростки составляют 12-15 нм).

Некоторые представители семейства обладают дополнительным поверхностным гликопротеином HE, но у SARS-CoV-2 этот слой отсутствует.

Липидный биослой оболочки коронавируса содержит структурные белки:

• мембраны (трансмембранный белок М);
• оболочки (фосфорилированный белок N);
• гликопротеиновых шипов (S).

Под оболочкой располагается нуклеокапсид (вирион) – полностью сформированная вирусная частица, которая включает в себя нуклеиновую кислоту и внешнюю белковую оболочку (капсид).

Белок N и геномная вирионная РНК формируют сердцевину нуклеокапсида – рибо-нуклеопротеиновый тяж из уложенных по спирали белковых глобул, внутри которого располагается генетический материал коронавируса.

Нуклеокапсид коронавируса обладает высокой стабильностью благодаря наличию кэп-структуры (модифицированных нуклеотидов) на 5-м конце матричной РНК. К 3-му концу матричной РНК (мРНК) присоединены фрагменты мРНК, которые позволяют образовывать различные мРНК одного гена и транспортировать мРНК из ее ядра.

Структурная организация генома коронавируса выглядит как (+)Кэп__________ААА – 5’-Кэп, 3’-полиадениловый трек.

Откуда появился коронавирус

К наиболее опасным для человека коронавирусам относятся:

• SARS-CoV (ТОРС) – тяжелый острый респираторный синдром, который впервые выявлен в 2002 г. в Китае. Природным резервуаром этого коронавируса являются летучие мыши (промежуточным хозяином могут быть мелкие млекопитающие, например, циветты). Случаи заболевания зарегистрированы в 29 странах (8437 случаев), летальность составляет 9,6%.
• MERS-CoV (коронавирус ближневосточного респираторного синдрома) – зоонозное заболевание, природным резервуаром для которого являются летучие мыши, а промежуточным хозяином – одногорбые верблюды. От человека к человеку передается при тесном контакте. Впервые выявлен в 2012 г. на Аравийском полуострове, зарегистрирован в 27 странах мира. Количество больных на 2019 г. составляет около 2500 случаев, летальность – 34,4%.
• SARS-CoV-2 (COVID-19), возбудителем которого стал новый штамм коронавируса. Природным резервуаром этого штамма в настоящее время считают летучих мышей, поскольку его РНК на 90% совпадает с коронавирусом, выявленным у летучих мышей. Промежуточный хозяин в настоящее время неизвестен. Генетическая последовательность нового коронавируса на 79% совпадает с генетической последовательностью вируса SARS-CoV. От человека к человеку передается воздушно-капельным путем, отличается длительным инкубационным периодом (1-14 дней), высокой контагиозностью (один больной может заразить от 2 до 4 человек) и возможностью бессимптомного носительства. Обнаруженный в конце декабря 2019 г. в китайской провинции Ухань COVID-19 быстро распространился по миру несмотря на карантинные меры, и уже 11 марта 2020 г. ВОЗ объявил, что новое заболевание приобрело характер пандемии. Количество больных по странам и смертность от коронавируса показывает статистика в реальном времени.

Заброшенная шахта

В нескольких научных статьях описана история с загадочными смертями трех из шести шахтеров, удалявших экскременты летучих мышей из заброшенной шахты Модзян (Mojiang), расположенной в провинции Юньнань. Это было в 2012 году. У рабочих была диагностирована пневмония неизвестного происхождения.

Ученым Джонатану Лэтэму и Эллисону Уилсону — участникам независимого проекта научных изысканий Bioscience Resource Project — удалось найти описание болезни этих шахтеров. Магистерская диссертация «Анализ шести пациентов с тяжелой пневмонией, вызванной неизвестными вирусами» была обнаружена в базе китайских магистерских диссертаций и переведена на английский язык.

Вирус_1

Фото: Global Look Press/Slavomir Kubes

Эта работа описывает шесть случаев развившейся пневмонии неизвестного происхождения. Все симптомы совпадают с COVID-19 — сухой кашель, дыхательная недостаточность, острый респираторный дистресс-синдром, повышенное тромбообразование и т.д.

Автор делает следующий вывод: «В Институте зоологии Кунь Мин мы подтвердили, что шесть пациентов подверглись воздействию вируса китайской рыжей подковообразной летучей мыши. Однако статья, опубликованная в журнале Science в 2005 году учеными Ши Чженли и Чжан Шу Йи из Уханьского института вирусологии, говорит о том, что SARS-like-CoV (SARS-подобные вирусы), переносимые летучими мышами, не являются заразными для людей

Это противоречие указывает на важность описанных шести случаев: тяжелая пневмония, вызванная неизвестным вирусом и летучими мышами в пещере, заслуживают дальнейшего исследования»

С автором диссертации, Ли Сюй (Li Xue) из Медицинского Университета Кунь Мина (Kun Ming Medical University), «Известиям» связаться не удалось.

Диагностика

Диагностика коронавирусной инфекции включает:

• осмотр, выслушивание легких, оценку жалоб;
• уточнение информации о возможных источниках заражения (перелет из Китая, контакт с потенциально больными и т. д.);
• проведение лабораторных тестов и инструментальных обследований.

Поскольку коронавирус SARS-CoV-2 вызывает такую же симптоматику, что и другие респираторные вирусы, требуются дополнительные высокоточные методики для подтверждения этиологии заболевания. Одним из наиболее достоверных тестов считают полимеразную цепную реакцию (ПЦР), которую уже рекомендовала Всемирная организация здравоохранения.

Среди инструментальных методов решающее значение принадлежит компьютерной томографии, позволяющей точно определить наличие и масштаб легочных поражений. На КТ больных коронавирусом обнаруживают своеобразные легочные инфильтраты, напоминающие матовое стекло.

Причины

Первоисточником инфекции были летучие мыши, однако, на сегодняшний день, главный источник (резервуар) SARS-CoV-2 – инфицированные люди.

Согласно исследований1 группы греческих врачей D.Paraskevis, G.Magiorkinis и прочих, новый коронавирус SARS-CoV-2 на 96,3% генетически схож на коронавирус летучих мышей BatCoV «RaTG13», что наталкивает на первопричину заражения человека.

Заражение коронавирусом SARS-CoV-2 происходит следующими путями:

• Воздушно-капельный (аэрогенный) – переносится с потоками воздуха, особенно если вблизи находится чихающий или кашляющий носитель инфекции. Также, микрокапельки носителя при кашле или чихании могут попадать на разные поверхности, после контакта с которыми здоровый человек может прикоснуться к глазам, рту и другим частям лица и также заболеть;
• Фекально-оральный путь (алиментарный) – инфекция во внешнюю среду попадает из ЖКТ, а после через зараженную воду или продукты вновь в организм человека.
• Контактно-бытовой – заражение происходит при использовании предметов гигиены или личных больного, особенно в случае контакта грязных вещей со слизистыми или открытыми ранами здорового человека.

В группу риска входят:

• Медперсонал;
• Лица, проживающие в плохих санитарных условиях;
• Лица с ослабленным иммунитетом;
• Лица, употребляющие в пищу змей, летучих мышей и других экзотических животных.

Заразность

Контагиозность (заразность) нового китайского коронавируса по отношению к другим вирусным инфекциям составляет:

• R0 Вирусы гриппа Influenzavirus — 1-2;
• R0 Коронавирус SARS-CoV-2 — 3,3-3,5;
• R0 Вирус кори Measles morbillivirus — 12-18.

R0 — базовое репродуктивное число, т.е. количество людей, которых носитель инфекции способен заразить вокруг себя.

Исходя из вышеперечисленных данных можно сделать вывод, что SARS-CoV-2 в 3 раза заразнее гриппа, но в тоже самое время в 4-5 раз менее заражен кори.