Мутації і "скарби". Як боротися з новими штамами Covid-19 і чи є шанс позбутися коронавірусу

Доктор медицини, штатний автор The Atlantic Джеймс Хемблін у своїй статті розглянув нові штами Covid-19 і закликав світ не тільки робити тести і вакцинуватися, але й постійно відстежувати мутації коронавірусу, щоб на ранніх етапах нівелювати нові загрози.

Нові штами коронавірусу

Нещодавно весь світ дізнався про мутації коронавірусу SARS-CoV-2. Вчені з Великобританії визначили штам вірусу, який швидко поширюється по країні. 4 січня прем'єр-міністр Борис Джонсон оголосив про введення локдауну, який був запущений практично відразу і триватиме як мінімум до середини лютого. "Ми з розчаруванням і тривогою спостерігали за тим, як новий штам поширюється з величезною швидкістю", — сказав він, зазначивши, що "наші вчені підтвердили: цей новий штам на 50–70% більш заразний", ніж попередні штами.

Ці цифри, отримані в кінці грудня завдяки попереднім дослідженням британських вчених, стали інформприводом для страшних новин і заголовків. Хоча цей штам вірусу (офіційно B.1.1.7) дуже швидко закріпився в інформпросторі як "британський штам", його виявили вже в 45 країнах, що свідчить про те, що за допомогою заборони на в'їзд (до Британії) стримати його неможливо. 8 січня влада Австралії ввели локдаун в Брисбені, місті з населенням 2,3 млн осіб, хоча там був виявлений лише один випадок захворювання на цей вірус.

Щодня B.1.1.7 знаходять у дедалі більшої кількості людей у все більшій кількості місць, в тому числі на території Сполучених Штатів. Експерти озвучили прогнози, що лякають, про те, що поширення вірусу, який на 70% більш заразний, стане жахливим ударом по і без того перевантажених системах охорони здоров'я. Протягом останніх місяців кількість летальних випадків, що щодня фіксуються, зросла втричі. Вірус щодня вбиває понад 3 тис. американців. З чисто математичної точки зору, враховуючи експоненціальне зростання, в рази більш заразний вірус теоретично може привести до 10 тис. смертей щодня, а лікарняні ліжка стоятимуть на тротуарах і парковках.

Що ще гірше, новини з Великобританії доповнювали повідомлення про ще один штам — B.1.351 — в Південній Африці. Потім ще один штам, що викликає занепокоєння, знайшли в Бразилії. У ЗМІ висловлювалися припущення, що вакцини можуть бути неефективні проти цих штамів. І ряд експертів зазначили, що мутації можуть зробити існуючі методи лікування менш ефективними. Скотт Готтліб, колишній директор FDA, сказав минулого тижня: "Південноафриканський штам мене дуже турбує, оскільки може зірвати деякі наші медичні заходи, зокрема, це стосується препаратів з антитілами".

До нових штамів слід ставитися дуже серйозно. Однак ми ще не знаємо, чи стане будь-який зі штамів настільки ж поширеним по всьому світу, як і в країнах, де вперше був виявлений.

Як еволюціонував коронавірус

Масштаб і потенціал вірусу стали викликом для всього світу, при цьому залишаються невідомими ключові причини його еволюції. Всі віруси постійно розвиваються і змінюються, як і люди. Коли вірус поширюється так само масштабно і швидко, як SARS-CoV-2, адаптація неминуча. Передача вірусу зміниться, зміниться тяжкість захворювання, що викликається ним, його здатність уникати реакції нашої імунної системи теж зміниться. Він може настільки розвинутися, що нинішні вакцини будуть неефективні.

Завдяки технології генетичного секвенування ми можемо спостерігати за цією еволюцією в реальному часі — побачити зміни у вірусі ще до того, як дізнаємося, як вони вплинуть на поширення хвороби. Складання графіка еволюції і оцінка її значущості швидко перетворилися в ключову проблему на тлі пандемії. Небезпека полягає не в тому, що вірус раптово зміниться і трансформує пандемію, а в тому, що він змінюється потроху, але з глобальними наслідками.

Майже рік тому, в січні 2020 р., бортпровідниця попросила відомого китайського вірусолога Чжан Юнчженя вимкнути всі портативні електронні пристрої. Він сидів, приклавши телефон до вуха, — на іншому кінці дроту австралійський колега Едді Холмс благав його опублікувати генетичний код нового коронавірусу.

Китайський уряд забороняв це робити. Юнчжень розривався. Світ ще не знав причину респіраторної інфекції, що швидко розповсюджується, і він, здавалося, знайшов її в зразку мокротиння тяжкохворої людини в Ухані. Використовуючи геномне секвенування, щоб розгадати код вірусу, він знайшов те, що, цілком імовірно, було новим коронавірусом. Код вірусу Холмс в результаті опублікував в Twitter, міжнародне наукове співтовариство стало на вуха. Через кілька днів вчені з Таїланду змогли підтвердити, що їх пацієнти були інфіковані цим самим вірусом. Вчені з Національного інституту здоров'я США почали роботу над вакциною. Код став основою вакцин Pfizer/BioNTech і Moderna, розробкою яких компанії зобов'язані швидкій ідентифікації генома.

Точна послідовність, яку написав Холмс в Twitter, тепер уже артефакт. Вірус, який він показав світові, зник, його замінили нові, нові і нові покоління. Нові штами з'являлися в різних частинах світу, і в міжнародну базу даних внесли ще сотні тисяч варіацій. На сьогодні існують тисячі унікальних геномів SARS-CoV-2, кожен з яких є результатом незліченних мутацій генетичного коду. Для нього немає єдиного стандартного генетичного коду, як і немає стандартного генома людини.

"Термін "штам" вводить в оману, оскільки здається, ніби всі інші віруси однакові", — говорить геномний аналітик з Медичної школи Файнберга Північно-Західного університету Рамон Лоренцо Редондо. Технічно кожен варіант вірусу — це різновид. Навіть в організмі однієї людини вірус багаторазово змінюється і еволюціонує. Якщо секвенувати біологічні рідини в різні періоди часу, то в вірусних штамах виявлялися б все нові мутації. "Віруси — це своєрідна хмара мутантів — рій мутантів", — говорить Редондо.

Коли справа доходить до розмноження, віруси неохайні. Темпи і масштаб їх відтворення обумовлені зовсім не точністю; вони, як спам в електронній пошті, — краще масовість, але не дотримання правил граматики. Можна сказати, що у вірусу є "мета". Вона полягає в тому, щоб зробити якомога більше майбутніх поколінь. З цією метою він немов стріляє з дробовика недосконалими клонами, роблячи ставку на те, що деякі з них доберуться до інших клітин і проникнуть в них.

Майже всі ці випадкові мутації не такі істотні: вірус, як і раніше, виглядає і функціонує так само, як його батько. Однак з часом набори мутацій можуть накладатися один на одного і накопичуватися, і вірус починає діяти по-іншому. Деякі з цих відмінностей дають ту чи іншу перевагу, наприклад, підвищене передавання.

"Те, що ми спостерігаємо сьогодні, цілком очікувано, — вважає Пол Тернер, професор екології та еволюційної біології Єльського університету. — Якщо популяція в поточному навколишньому середовищі може стати кращою, то еволюція дозволяє цьому статися. Чисельність популяції вірусу зростає, і мутації відбуваються спонтанно".

Хоча це не є новиною, що вірус мутував, надзвичайно важливо стежити за загальним напрямком змін, а також за тим, що вони значать для людей, чиї клітини були заражені. "Якщо ви бачите мутацію, яка може дозволити вірусу уникнути реакції імунної системи або вакцини, це привід серйозно занепокоїтися", — говорить Тернер.

Чи будуть ефективні вакцини від коронавірусу

Деякі віруси мутують швидше, ніж інші: грип мутує так швидко, що кожного року світом поширюються нові штами і потрібне створення нових вакцин. Кір, навпаки, мутує повільно, тому люди, вакциновані кілька десятиліть тому, швидше за все, все ще захищені. "Коронавіруси зазвичай не мутують дуже швидко, — зазначає Тернер. — Я не бачу ніяких доказів того, що цей коронавірус раптово стане схожий на грип. Але зараз інфіковано так багато людей, і вірус знаходиться в новому середовищі [люди, а не кажани ], тому я не здивований, що еволюція підштовхує його до розвитку".

Він вважає, що в довгостроковій перспективі поширення цього коронавірусу буде більше нагадувати кір, ніж грип. Хоча може знадобитися оновлювати вакцини час від часу, цього не доведеться робити щороку. Але доти, доки рівень інфікування залишається високим, коронавірус, ймовірно, протягом місяців або років отримає здатність хоча б частково обходити нашу імунну систему. Повторне зараження може бути не настільки важким, але все-таки залежатиме від того, як розвивається вірус. Тому ми можемо підготувати наш імунітет до одного варіанту, але не до іншого.

Готуючись зіткнутися з такими проблемами, Редондо та інші вчені створили і оновили філогенетичні карти — по суті, родоводи цього коронавірусу. Загальні генетичні риси дозволяють визначити ширші групи вірусу — "скарби". Так, минулої весни домінуючим став "скарб" D614G. Це було пов'язано з мутацією в S-білку", завдяки якій цей "скарб" став більш трансмісивним, ніж попередні штами. І це лише одна частина генеалогічного древа, яке сьогодні перетворилося в ліс. "Дві перші групи, які визначили, вже зникли", — говорить Редондо. За його словами, сьогодні за домінування у світі "борються" п'ять основних "скарбів", проте ситуація постійно змінюється.

Виникнення нового "скарбу" дуже важко передбачити. Зникнення і домінування визначаються якістю родоводів, особливостями популяцій господарів і спадщиною попередніх вірусних загарбників. Той факт, що один рід або "скарб" домінують в одному якомусь місці, в одній групі людей, не означає, що так буде і в інших регіонах. Південноафриканський штам, наприклад, виявлений приблизно в 90% генетичних послідовностей, вивчених в ПАР, але в інших регіонах знаходиться на других ролях.

Так само і варіант B.1.1.7, який виявлений у Великобританії у вересні, поки домінує лише в одному географічному регіоні. І нехай дослідження генома в США проводиться не дуже активно, "у нас достатньо даних секвенування, і ми знаємо, що він не дуже поширений в США, — говорить мікробний епідеміолог з Єльської школи громадської охорони здоров'я Натан Грубо. — На сьогодні цей штам зустрічається не частіше, ніж в 1–2% випадків. Я думаю, що здебільшого та сама ситуація і в усьому світі".

Людські популяції розрізняються за багатьма параметрами — поведінковим, генетичним, імунологічних, географічним, екологічним. Тому надзвичайно складно визначити причину, по якій зміна самого вірусу спричинила спалах захворювання в одному регіоні. "Врешті-решт, ми можемо припуститися помилки, [і] насправді він передається не так", — зазначає Грубо.

До чого призведуть мутації коронавірусу

Заразність — лише один з факторів, що визначають загальну здатність вірусу заподіювати шкоду. Іноді віруси стають більш заразними, але в кінцевому підсумку менш небезпечними. І, звичайно ж, кожен новий штам — всього лише проміжний крок до якоїсь іншої форми вірусу. Справжня проблема полягає в тому, щоб зрозуміти, як будь-яка зміна вписується в усі більш великі моделі і що це означає для нас.

Роман Майкла Крайтона 1969 р. "Штам Андромеда" розповідає про неземний мікроорганізм, який мутує в нових умовах проживання. Аналогічний оповідний прийом у фільмі "Епідемія", де вірус, що передається завдяки кровотечі з очей, раптом починає передаватися по повітрю. Слово "мутація" завдяки кліше ледачих сценаристів отримало настільки страхітливий підтекст, що його практично неможливо використовувати. Процес еволюції вірусу набагато витонченіший, ця витонченість і робить його небезпечним.

Існує два основних способи поширення коронавірусу. Один з них — більш ефективно проникати в клітини людини. Коли це відбувається, ймовірність розвитку інфекції у людини, яка вдихає вірусні частинки, трохи вища. Інший — більш ефективна реплікація, створення більшої кількості вірусних частинок у інфікованої людини, тому вони видихають все більше частинок, що статистично підвищує ймовірність того, що одна з частинок заразить когось іншого. Якщо в вуглекислому газі, який ми видихаємо, міститься на 10% більше вірусних частинок, вищий шанс, що вони потраплять в ніс іншої людини.

Невідомо, працює один такий механізм чи обидва у штамів з Великобританії і Південної Африки. Наприклад, якщо людина більш схильна до ризику захворіти, то вона заражається швидше. Начебто звучить не дуже добре, але більш короткий безсимптомний період може в кінцевому підсумку допомогти впоратися з вірусом. Так було з першим коронавірусом SARS в 2003 р. (SARS-CoV-1), який викликав більш серйозне захворювання, ніж SARS-CoV-2, але вбив взагалом набагато менше людей, тому що кожен випадок легко ідентифікували.

Цей же коронавірус може розвинутися і викликати менш серйозні захворювання. Щось схоже на наслідки зараження іншими чотирма ендемічними коронавірусами. Застуда надзвичайно заразна, але рідко призводить до летального результату. Що, з точки зору еволюції, цілком логічно: віруси, що вбивають своїх господарів, з меншою ймовірністю стануть домінуючими, ніж ті, які цього не роблять. "Можливо, заразність корелює з "добротою" до господаря, — сказав Тернер. — Ми спостерігали це в інших сферах еволюції вірусів". Природний відбір гіпотетично надаватиме перевагу штамам, які дозволяють людям почуватися досить добре, щоб виходити з дому і поширювати вірус.

Малоймовірно, що тяжкість захворювання серйозно зміниться, однак масштаб поширення вірусу свідчить про те, що такі його особливості, як заразність, міцніють і можуть серйозно відобразитися на кількості хворих. Експерти сходяться на думці, що найближчими тижнями буде розумно перестрахуватися. За словами професора еволюції і інфекційних хвороб Оксфордського університету Олівера Пайбаса, "з наукової точки зору вкрай складно" зрозуміти, чому B.1.1.7 так швидко поширюється в Великобританії. Він був в авангарді вчених, які виявили та моніторять поширення цього штаму, однак підкреслює, що на дуже важливі питання поки немає відповіді. "Щодо довгострокових наслідків B.1.1.7, як і раніше, існує значна невизначеність, — каже Пайбас. — Ми навіть не знаємо, чи дійсно він з'явився у Великобританії, оскільки в інших країнах подібних спостережень не проводилося".

І хоча у всьому світі насторожилися через цей штам, за словами Пайбаса, далеко не всі держави проводять секвенування геномів так ретельно, як Великобританія. У деяких регіонах вчені проводять дослідження, але у відкритому доступі результатами не обмінюються. А обидва ці елементи мають вирішальне значення. Уже недостатньо одного ПЛР-тесту або тесту на антитіла — позитивні тести слід доповнювати аналізом генома вірусу. Чим більше геномів відомо, тим ефективніше можна ідентифікувати аномальні патерни — як для того, щоб заздалегідь відреагувати на загрозу, так і для того, щоб своєчасно встановити, що загрози немає.

В цьому плані США дуже сильно відстають від Великобританії. Грубо з Єльського університету каже, що прогноз щодо будь-якого штаму залежить від контексту. "Я не думаю, що хоч в якому-небудь штаті секвенування проводиться в достатній кількості, — зазначив Грубо. — Секвенування — це найголовніше. Ми не маємо у своєму розпорядженні настільки ж організованої програми, як британці. У нас є кілька окремих лабораторій, в основному в академічних медичних центрах". А проводити секвенування спорадично так само погано, як і не проводити зовсім, оскільки воно може не давати картину того, як і чому поширюються штами. Якщо полювати лише на один конкретний штам, можна пропустити інші, ймовірно, більш важливі ознаки.

До того ж таке "полювання" — це упередженість у виборі штаму, у зв'язку з чим складно насправді зрозуміти, чи дійсно він поширюється швидше, ніж інші штами, чи ми просто старанніше його шукаємо. Наприклад, виявивши минулого тижня людину з B.1.1.7 в Нью-Йорку, медики секвенували геноми вірусу у інших людей, які спілкувалися з цією людиною. Такий підхід, швидше за все, дозволить виявити непропорційно велику кількість випадків B.1.1.7. За словами Пайбаса, без постійного і повсюдного моніторингу складно скласти точну загальну картину.

Чи вдасться перемогти коронавірус

"Галузь геномної епідеміології переживає свою юність, розвиваючись на тлі найекстраординарнішої події століття", — зазначає Пайбас. Можливість ідентифікувати нові вірусні гілки до того, як вчені зрозуміють, як вони вплинуть на людей, може дозволити епідеміологам заздалегідь попереджати про появу нових можливих штамів, але може підірвати до них довіру, якщо штами виявляться не такими небезпечними, як писали в ЗМІ.

Але навіть якщо не вдається стримати конкретний штам, це безцінний досвід. Не допустити домінування більш вірулентних штамів можливо, якщо вчені зможуть більш широко відстежувати геномні патерни.

Минулого тижня Едді Холмс розмірковував про момент, коли він виклав в Twitter оригінальний генетичний код вірусу. Це був момент тріумфу для всієї науки, але робота тільки почалася. Цей тріумф потрібно повторювати щодняь. "Найбільше мене турбує те, що обміну даними і науці заважає політика, — сказав він в коментарі Medscape. — Першим кроком має стати забезпечення оперативного і відкритого обміну даними. Швидкість має вирішальне значення в умовах пандемії. Будь-яка перешкода для спільної роботи робить цей світ набагато менш безпечним. Це урок, який слід винести з цієї пандемії".

Те, що генетичний код коронавірусу змінюється, не повинно стати приводом для відмови від фундаментальних стратегій в боротьбі з пандемією. З більш точними даними можна актуалізувати вакцини і препарати на основі антитіл, локдауни стануть менш жорсткими, можна буде запобігти появі нових способів зараження вірусом. Якщо ви є носієм вірусу, він мутує всередині вас. Ви можете стати тією людиною, в організмі якої народиться новий, ще більш небезпечний штам. Ви можете заразити ним весь світ. Але незалежно від того, як вірус мутує, одні і ті самі базові профілактичні заходи — ті, про які нам твердять майже рік, — все одно будуть ефективні, щоб стати гарантією того, що ви не зможете заразити весь світ.