Прогрессирующая угроза: что преподнесет коронавирус дальше?

Когда в мае 2020 года, спустя пять месяцев после начала распространения вируса SARS-CoV-2 по планете, специалиста по эволюции вирусов Эдварда Холмса (Edward Holmes) из Сиднейского университета (Австралия) попросили спрогнозировать, что будет с пандемией дальше, он предположил, что вирус будет меняться, с тем чтобы научиться, хотя бы отчасти, избегать человеческого иммунитета. Но, скорее всего, тяжесть вызываемой им болезни со временем ослабнет, а заразность (способность к распространению) останется на прежнем уровне. То есть, по тогдашнему прогнозу Холмса, в ближайшем будущем эволюция не будет играть ключевую роль в развитии пандемии.

«Прошел год, и оказалось, что я ошибся практически во всем», — говорит сейчас Холмс. Хотя нет, не во всем: SARS-CoV-2 действительно эволюционировал в направлении, позволяющем ему лучше избегать человеческих антител. Но параллельно вирус стал немного более вирулентным (то есть смертоносным), но гораздо более заразным, и эти изменения оказали огромное влияние на ход пандемии.

Вариант дельта, который в основном циркулирует на планете сейчас, настолько радикально отличается от исходного штамма, появившегося в Ухане в конце 2019 года, что власти многих стран мира вынуждены принимать срочные меры — ускорять массовую вакцинацию, продлевать или снова вводить масочный режим и так далее.

А что касается цели по достижению популяционного иммунитета, о которой много говорили в начале пандемии, когда в популяции будет так много вакцинированных или переболевших людей, что вирусу будет просто некого заражать, то, судя по всему, о ней стоит забыть.

И все самое «интересное», связанное с дальнейшей эволюцией SARS-CoV-2, еще впереди, считает Арис Кацуракис (Aris Katzourakis), эволюционный биолог из Оксфордского университета (Великобритания). Сейчас в человеческой популяции достигнут тот уровень иммунитета, который способствует эволюционной конкуренции, заставляя вирус продолжать адаптироваться и меняться. В то же время инфекция продолжает бесконтрольно распространяться в большей части мира, поэтому у вируса есть все возможности для размножения и появления все новых мутаций.

Однако предсказать, куда эти заведут нас эти вызывающие тревогу факторы, столь же трудно, как и полтора года назад.

13 самых опасных коронавирусных мест:

Эволюция вируса основана на случайных мутациях, которые просто невозможно предугадать. «Это все очень и очень сложно, запутанно и неоднозначно, мы не можем узнать, что такое вообще возможно, пока это не случится. Это вам не физика, и все происходит не на бильярдном столе», — отметил Рид.

Тем не менее некоторые зацепки относительно того, в какую сторону может развиваться ситуация с SARS-CoV-2, могут дать эволюционным биологам другие вирусы. Эпидемии, происходившие в прошлом, показывают, что коронавирус вполне может стать еще более заразным, чем вариант дельта.

Рид, например, считает, что у SARS-CoV-2 есть все возможности одержать победу над человечеством. Ковид — вызываемое вирусом заболевание — не только не станет менее тяжелым. Болезнь в будущем может стать гораздо более смертоносной, чем сейчас, как это произошло с вирусом гриппа, вызвавшим пандемию испанки в 1918 году.

И хотя вакцины до сих пор «держат оборону», история показывает, что дальнейшая эволюция вируса может полностью разрушить их защитный эффект. В то же время этот процесс может быть не одномоментным, а занять достаточно времени для того, чтобы человечество успевало адаптировать вакцины к меняющейся угрозе со стороны вируса.

Объяснение прошлого: как эволюционировал коронавирус

С января 2020 года было расшифровано и опубликовано в сети более двух миллионов геномов вируса, благодаря чему стало возможным наблюдение за невероятно детализированной картиной генетических изменений, которые претерпевает SARS-CoV-2. Однако разобраться, какой в них смысл, очень сложно. Каждая из мутаций — лишь небольшая модификация в инструкциях, по которым синтезируются вирусные белки. Какая мутация в итоге останется и распространится, зависит от того, насколько полезными окажутся эти модифицированные белки для вируса в реальном мире.

Большинство мутаций не дает вирусу никаких преимуществ, а заранее выделить те, что сработают, очень трудно. Чаще всего это изменения, затрагивающие спайк-белок, который расположен на поверхности вирусной частицы и позволяет ей прикрепляться к человеческим клеткам.

Но мутации в других частях вирусного генома могут оказаться не менее важными, хотя понять, что они означают, сложнее, потому что функции многих генов остаются неясными. Мало того, влияние любого из новых генетических изменений на вирус в целом зависит от тех мутаций, которые уже накопились ранее. Все это означает, что потенциально успешный вариант нельзя выявить просто на основании расшифрованного генома. Ученые могут искать те мутации, которыми объясняется успех того или иного штамма, только постфактум.

Так, в какой-то момент в самом начале пандемии SARS-CoV-2 обзавелся мутацией D614G, и именно ей он обязан своим ошеломляющим успехом — благодаря этой мутации способность вируса распространяться среди людей существенно улучшилась. Вариант с D614G быстро распространился, почти все ныне циркулирующие штаммы происходят от него.

Затем, в конце 2020 года, у пациентов из британского графства Кент был выявлен новый вариант альфа, который оказался на 50% заразнее оригинального, «уханьского» штамма. А вариант дельта, который к настоящему времени завоевал весь мир, на 40–60% заразнее альфы. При этом преимущества того или иного варианта далеко не всегда можно заметить в лаборатории или во время испытаний на животных. Они проявляются лишь в реальном мире, когда вирус начинает «косить» большие массы людей.

Коронавирус убивает: звезды, которые умерли от пандемии:

«За год эффективность вируса выросла втрое, и это для меня оказалось самым большим сюрпризом, — говорит Холмс. — Я его недооценил». То же самое могут сказать о SARS-CoV-2 и о себе и многие другие ученые, которые в начале пандемии с большим скептицизмом отнеслись к способности вируса столь быстро эволюционировать.

Кроме того, случай SARS-CoV-2 можно считать уникальным — до сих пор научное сообщество никогда не имело возможности наблюдать, как совершенно новый вирус практически в режиме реального времени распространяется в человеческом сообществе и претерпевает помогающие ему в этом генетические изменения. Прежде ученые имели дело с патогенами, которые циркулировали среди людей веками, и поэтому их эволюция происходила совершенно иначе.

Смертельные издержки

Новые варианты SARS-CoV-2, судя по всему, не только более заразные, но и более смертоносные. Как показало одно из недавних исследований, у пациентов, заразившихся вариантом дельта, шансы на госпитализацию возрастают вдвое по сравнению с заражением вариантом альфа.

Это уже не первый случай, когда вновь появившаяся инфекция быстро становится более тяжелой. По данным эпидемиолога Лоне Симонсен (Lone Simonsen) из Университета Роскильде (Дания), вторая волна пандемии гриппа-испанки в 1918-1919 годах была в шесть раз смертоноснее первой.

Существует популярное предположение, что вирусы со временем становятся менее опасными, позволяя своим хозяевам жить дольше и тем самым более широко распространять инфекцию. Но, по словам Холмса, это очень упрощенное представление об эволюции вирулентности вирусов, на деле все гораздо сложнее. В случае SARS-CoV-2 пик заразности приходится на первые дни после заражения, когда вирус активно размножается в верхних дыхательных путях, а тяжелое заболевание развивается уже позже, когда вирус спускается в нижние дыхательные пути. Таким образом, распространяться более смертоносным вариантам вируса ничто не мешает.

Уход от иммунитета?

С самого начала пандемии ученых больше всего пугало то, что вирус «научится» избегать иммунитета, выработавшегося из-за перенесенной инфекции или благодаря вакцинации. И действительно, уже выявлено несколько вариантов, у которых появились «маскирующие» изменения в спайк-белке, из-за которых их труднее распознать антителам. Тем не менее, несмотря на всеобщий страх, который вызвали новости о возможном снижении эффективности вакцин, пугаться пока все же рано, считают эволюционные биологи Дерек Смит (Derek Smith) из Кембриджского университета (Великобритания) и Дэвид Монтефиори (David Montefiori) из Университета Дьюка (США).

Ковид-арт: 15 выдающихся картин на стенах:

Смит, Монтефиори и их коллеги составили так называемую антигенную карту, демонстрирующую баланс между иммунитетом и наиболее важными вариантами вируса. Чем дальше варианты друг от друга, тем хуже антитела к одному из них нейтрализуют другой. Оказалось, что вариант альфа очень близок в этом смысле к исходному «уханьскому» штамму, что означает — антитела к одному подходят и для другого. Вариант дельта при этом «отдрейфовал» от оригинального варианта вируса гораздо дальше, поэтому он несколько чаще заражает полностью вакцинированных людей, чем предыдущие варианты. Но при этом есть варианты, которые еще больше удалились от изначального вируса, чем дельта, например вариант бета, но этот «дрейф» не сопровождается способностью уходить от иммунитета.

В целом, считают ученые, карта демонстрирует, что в данный момент вирус не двигается ни в каком определенном направлении. Если «уханьский» вариант можно сравнить с городом, то сейчас вирус «катается на электричках», изучая его окрестности, и не предпринимает путешествия в следующий город. Во всяком случае, пока.

Предсказание будущего: какой будет пандемия в 2022 году?

Хотя в точности невозможно предугадать, как будут меняться в ближайшие месяцы три этих основных параметра — заразность, вирулентность и уход от иммунной системы, — некоторые факторы, которые будут влиять на траекторию развития событий, уже ясны.

Один из них — иммунитет, который благодаря массовой вакцинации и высокой заразности вируса быстро появляется в человеческой популяции. С одной стороны, иммунитет снижает вероятность заразиться, и даже если это произошло, может затруднять репликацию вируса в клетках. Это значит, что чем больше людей в популяции вакцинировано, тем меньше возможностей у вируса мутировать.

Но с другой стороны, у любого варианта, который приобрел способность уходить от иммунной системы, появляется огромное преимущество перед другими, более заразными вариантами. Именно поэтому сейчас, в ситуации, когда более двух миллиардов человек на планете получили хотя бы одну дозу вакцины, а сотни миллионов переболели ковидом, мир находится в критической точке, считает Холмс.

15 простых и надежных способов противостоять стрессу:

При этом часть ученых полагает, что вирус уже достиг или вот-вот достигнет пределов своей заразности и выйдет по этому параметру на плато. В то же время, по мнению эволюционного вирусолога Кристиана Андерсена (Kristian Andersen) из Исследовательского института Скриппса (США), у SARS-CoV-2 «еще есть куда расти» — чемпионом по заразности считается вирус кори, который втрое заразнее, чем сейчас вариант дельта.

Пределы, в которых вирус разовьет в себе способность избегать иммунной системы, также пока неясны. Этот вопрос очень тревожит, поскольку от него зависит, нужно ли будет человечеству постоянно обновлять антикоронавирусные вакцины, как это происходит с вакцинами от гриппа.

Некоторые ключи к будущему SARS-CoV-2 могут дать другие коронавирусы, которые уже давно циркулируют среди человечества — они вызывают обычную простуду. Некоторые из них способны заражать уже переболевших людей повторно, но до сих пор было неясно, происходит это из-за того, что иммунитет ослабевает, или потому, что вирус меняется и учится его обходить. Одно из недавних исследований показало, что верно последнее — вирус действительно мутировал и начал уходить от иммунной системы, но занял этот процесс не менее десяти лет. Сейчас ученым кажется, что SARS-CoV-2 ведет себя в этом смысле примерно так же.

Еще одно новое исследование показало, что для полного ухода от иммунитета вирусу требуется 20 мутаций в спайк-белке. Это означает, что планка, достичь которой нужно для того, чтобы полностью избежать иммунной защиты, очень высока, отметил один из авторов, вирусолог Пол Бенеш (Paul Bieniasz) из Университета Рокфеллера (США). «Но очень трудно посмотреть в хрустальный шар и сказать, легко ли будет вирусу преодолеть эту планку, или нет», — добавил Бенеш.

«Кажется вполне правдоподобным, что полный уход от иммунитета — непростое дело. Однако, контрдоводом может служить то, что естественный отбор решает все проблемы как никто, а вирус фактически только вступил на этот путь», — считает еще один специалист, Уильям Хэнэйдж (William Hanage) из Гарвардского университета.

Сокращенный перевод статьи Кая Купфершмидта (Kai Kupferschmidt) с сайта sciencemag.org.

Читайте также: Сербский отшельник привился от коронавируса

Смотрите наши видео: