Пандемия из пробирки

ШИ ЧЖЭНЛИ. ФОТО: AFP/TASS

Год назад в китайском городе Ухань началось распространение ранее неизвестного респираторного заболевания, вскоре получившего название COVID-19. За прошедшие месяцы ученые многое узнали о новом возбудителе. Довольно быстро в патогене опознали коронавирус, родственный тому, что вызвал в начале двухтысячных эпидемию атипичной пневмонии. По аналогии с предшественником новый возбудитель назвали SARS-CoV-2. Генетики расшифровали его геном; за несколько месяцев были созданы десятки прототипов вакцин, еще полгода потребовалось на проведение клинических испытаний. Менее чем за год ученое сообщество и фарминдустрия пробежали дистанцию, которая в обычных условиях преодолевается за 12–15 лет. Еще немного – и по всему миру начнется массовая вакцинация населения, которая и должна покончить с пандемией. Однако, чем больше специалисты узнавали о новом коронавирусе, тем чаще высказывались сомнения в его естественном происхождении.

В конце апреля текущего года на портале программистов и ученых «Хабр» пользователь Юрий Дейгин опубликовал статью «SARS нерукотворный? Генеалогия уханьского коронавируса», где обобщил информацию нескольких десятков англоязычных научных публикаций по вирусологии и молекулярной генетике и указал на ряд особенностей SARS-CoV-2, которые могут свидетельствовать о его искусственном происхождении.

В начале июня дело продолжила группа индийских и американских генетиков. Прессе стало известно, что они обнаружили в шипах SARS-CoV-2 вставку из восьми аминокислот, которая оказалась идентичной структуре человеческого белка. Сообщение было опубликовано научным журналом eLife.

Комментируя это открытие, генетик, профессор Гёттингенского университета Константин Крутовский, не имевший отношения к этой работе, отметил, что есть три возможных объяснения появлению этой вставки.

«Конечно, это может быть случайной мутацией-вставкой, но вероятность такого события ничтожна мала. Второй вариант: промежуточный хозяин коронавируса имеет вставку, идентичную человеческой, к которой адаптировался в процессе естественного отбора и мутирования. Но пока такой хозяин не найден. Третий: вирус уже давно существовал в популяции людей, либо его пассировали (выращивали в лабораторных условиях) на клетках человека. И четвертый: ее искусственно вставили», – объяснил ученый «Известиям».

19 ноября этого года российский врач-инфекционист, доктор медицинских наук, профессор и автор 200 научных работ Михаил Бала констатировал, что в случае с COVID-19 «налицо все признаки искусственного происхождения вируса».

«Не только у меня есть все основания говорить о том, что вирус имеет признаки биологического оружия. <…> Вирус выбивает, как бы цинично это ни звучало, самую экономически неэффективную часть населения», – отметил Михаил Бала в интервью порталу GOROD48.

Объясняя свои подозрения, профессор отметил, что SARS-CoV-2 очень нетипично взаимодействует с иммунитетом. Обычно коронавирусы подавляются иммунным ответом организма; в случае же с COVID-19 инфекция вызывает «цитокиновый шторм», то есть превращает иммунитет человека в дополнительный поражающий фактор. Кроме того, возбудитель передается воздушно-капельным путем и имеет необычно длительный инкубационный период – до 14 дней. Иными словами, обладает теми признаками, которые и ожидаются от боевого патогена.

ПО СЛЕДАМ ХИМЕРЫ

Коронавирусы получили свое название из-за шипов, покрывающих их поверхность. Именно эти образования отвечают за контакт с поверхностью клетки-жертвы и взлом клеточной мембраны. У SARS-CoV-2 эту роль играет шип S-протеина, способный атаковать человеческие клетки через рецептор АСЕ2. Эти рецепторы в основном присущи клеткам, выстилающим легкие и верхние дыхательные пути.

Кроме того, особенностью этих рецепторов является их малая представленность в тканях детей и подростков, и рост численности с возрастом. Именно характеристики этих рецепторов и предопределяют характерные для COVID-19 клинические эпидемические особенности: поражение легких, тяжелое течение болезни у людей старшего возраста и почти незаметное – у детей и молодежи.

Структурно S-протеиновый шип состоит из двух белков: S1 и S2, между которыми находится связка. В случае SARS-CoV-2 это так называемый фуриновый сайт (furin cleavage site). Это та самая аминокислотная вставка, на которую обратили внимание индийские генетики.

За взлом рецептора АСЕ2 отвечает белок S1, но в обычном состоянии он свернут и не может присоединиться к своей жертве. Для начала внедрения он должен распаковаться. А запускает этот процесс связка между белками, которая легко рвется при контакте с протеазами на поверхности клетки.

Сильно упрощая, можно сказать, что принцип действия этой конструкции – такой же, как у обычной мышеловки: небольшое усилие высвобождает мощную пружину, которая и наносит удар.

В самом начале эпидемии, когда еще никто не знал, с чем столкнулось человечество, ученые не только расшифровали геном SARS-CoV-2, но и стали активно сравнивать его с генетическими кодами уже известных вирусов. 23 января 2020 года вирусолог из Уханьской вирусологической лаборатории Ши Чжэнли опубликовала доклад, где говорилось, что новый патоген на 96% совпадает со штаммом корона вируса RaTG13, который специалисты ее лаборатории выделили еще в 2013 году при исследовании юньнаньских летучих мышей.

Дальнейшие исследования показали, что штамм RaTG13 ближе к SARS-CoV-2, чем какие бы то ни было другие вирусы (и даже превосходит по степени родства штамм SARS-CoV – возбудитель атипичной пневмонии), но при этом сильно отличается от него в строении S-протеинового шипа.

Однако вскоре другая группа китайских ученых нашла недостающий пазл: они обнаружили, что S-протеиновый шип SARS-CoV-2 практически идентичен шипам штамма MP789, который был извлечен в 2017 году из тел малайских панголинов. Эти животные были конфискованы у контрабандистов, но вскоре погибли от острой респираторной инфекции. Оказалось, что в рецептор-связывающем участке белка S-1 сходство между панголиньим штаммом и возбудителем COVID-19 составило 97,4%, притом что во всем остальном эти вирусы оказались не сильно близки: степень сходства не превысила 90%, что по вирусным меркам не так уж и много.

И сами авторы исследования, и генетики из Гонконга, также изучавшие ткани погибших панголинов, заявили, что видят явные следы рекомбинации между коронавирусами панголина (MP789), летучих мышей (RaTG13) и человека (SARS-CoV-2).

Чисто гипотетически вирусы могли обменяться фрагментами РНК естественным путем: в конце концов, горизонтальный перенос генов – один из источников их невероятной изменчивости и бесконечной адаптивности. Но где на практике могли встретиться вирусы летучих мышей из юньнаньских пещер и малайских панголинов? В душных тайниках контрабандистов, на залитых кровью рынках «морепродуктов» – или в стерильной чистоте вирусологической лаборатории?

Можно предположить и то, что одна из популяций RaTG13 эволюционировала путем, отличным от собратьев из других пещер, и пришла к идентичной панголиньему штамму форме S-протеинового шипа (конвергентная эволюция), после чего выбралась из пещеры и напала на жителей Уханя. Однако это – настолько маловероятные последовательности событий, что разумнее предположить, что возбудитель COVID-19 является искусственно созданной химерой, собранной на базе RaTG13 с добавлением генов, кодирующих S-протеиновый шип панголиньего штамма MP789.

В пользу этой гипотезы свидетельствует и наличие у SARS-CoV-2 уже упоминавшейся аминокислотной вставки в шипе между белками S-1 и S-2. Эта вставка создает так называемый фуриновый сайт, – то есть площадку, которая разрезается ферментом под названием фурин. Именно она и дает те 2,6% разницы между шипом панголиньего штамма MP789 и человеческого SARSCoV-2.

Для вирусов использование внешних протеаз (резальщиков пептидных связей) – обычное дело. Но нюанс заключается в том, что ни мышиные, ни панголиньи коронавирусы не используют для этих целей фурин. Вирусы с фуриновыми сайтами лишь на 40% сходны с SARS-CoV-2. Иными словами, они очень далеки от него и его ближайших родственников.

Наличие фуринового сайта делает SARS-CoV-2 значительно более гибким и агрессивным, чем его предшественник SARS-CoV, близкий родственник RaTG13 и даже панголиний штамм MP789, у которого он позаимствовал свой шип. Во-первых, потому, что эта связка разрезается не одной, а тремя группами молекул, а это значит, что у вируса намного больше шансов зацепиться за рецептор АСЕ2. Кроме того, фурин присутствует не только на поверхности, но и внутри клетки, а это значит, что распаковка шипов может происходить до выхода вируса из клетки. Благодаря этому SARS-CoV-2 ведет себя намного агрессивнее ближайших родственников, его вирионы выходят в межклеточное пространство уже готовыми к атаке на АСЕ2-рецепторы соседних клеток. Как результат – у иммунной системы и молекул лекарственных средств намного меньше времени на нейтрализацию вирусной частицы.

КОРОНАВИРУС ПОД ЭЛЕКТРОННЫМ МИКРОСКОПОМ. S-ПРОТЕИН,

ФОРМИРУЮЩИЙ ШИПЫ ВОКРУГ ТЕЛА ВИРУСА, ОТВЕЧАЕТ ЗА ВЗЛОМ

КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН; ИМЕННО ОТ ЕГО СТРУКТУРЫ ЗАВИСИТ, КАК

ВИРУСНАЯ РНК ПРОНИКАЕТ В КЛЕТКИ. В СЛУЧАЕ С SARS-COV

И SARS-COV-2 ЭТО КЛЕТОЧНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ ACE2.

ФОТО: LOCALHEALTHGUIDE.COM

Впрочем, это все частности, интересные преимущественно специалистам. Для нас главное, что наличие этой вставки позволяет закрыть тему о фантастически причудливых путях эволюции коронавирусов, и всерьез задаться вопросом: кто, как и зачем мог создать смертельно опасную химеру?

КАТАСТРОФА БЕЗ ПОДПИСИ

На самом деле, в создании химерных вирусов нет ничего экстраординарного уже около 20 лет. Первый искусственный вирус был создан методами генной инженерии еще в 1999 году голландской группой генетиков Питера Роттиера из университета Утрехта. В 2006 году американские генетики модифицировали возбудителя атипичной пневмонии. Позже аналогичные эксперименты многократно проводились японскими, голландскими и испанскими вирусологами.

В 2008 году группой китайских генетиков-вирусологов, в числе которых была и сотрудник Уханьской лаборатории Ши Чжэнли, к тому времени – крупнейший специалист по вирусам летучих мышей, – были опубликованы результаты эксперимента, в ходе которого они создали химерный вирус на основе вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) и генов возбудителя атипичной пневмонии, отвечавших за формирование… S-протеинового шипа.

ВИЧ природного происхождения был неспособен проникать в клетки через рецепторы ACE2, но получив шипы SARS-CoV – прекрасно справился с этой задачей. Более того, уханьская химера оказалась способна заражать этим путем не только клетки человека, но и цивет – хищных тропических млекопитающих, и подковоносых летучих мышей.

Судя по всему, Ши Чжэнли и ее коллеги шли путем, проложенным звездой современной синтетической вирусологии – американским ученым Ральфом Бариком, который еще в 2002 году сумел создать синтетический клон мышиного коронавируса.

«Был разработан новый метод сборки полноразмерной инфекционной к ДНК штамма вируса гепатита мыши коронавируса II группы А59 (MHV-A59). <…> Этот метод потенциально может быть использован для конструирования вирусных, микробных или эукариотических геномов, достигающих нескольких миллионов пар оснований в длину и использоваться для вставки сайтов рестрикции в любом заданном месте в микробном геноме», – сообщала его группа о своем открытии.

Год спустя Барику с коллегами удалось буквально по молекулам собрать клон возбудителя атипичной пневмонии.

РОЗОВЫМ ЦВЕТОМ ОТМЕЧЕНЫ КОРОНАВИРУСЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ

ФУРИНОВЫЕ САЙТЫ ДЛЯ РАСПАКОВКИ СВОИХ ШИПОВ. КАК ВИДНО

НА ИЛЛЮСТРАЦИИ, СРЕДИ НИХ НЕТ НИ ОДНОГО БЛИЗКОГО РОДСТВЕННИКА

SARS-COV-2. ФОТО: THREADREADERAPP.COM

«Рекомбинантные вирусы реплицировались так же эффективно, как вирус дикого типа, и оба были ингибированы обработкой ингибитором цистеинпротеиназы… Наличие полноразмерной кДНК SARS-CoV создает инструмент для манипулирования вирусным геномом, позволяя быстро и рационально разрабатывать и тестировать кандидаты вакцин и терапевтических средств против этого важного человеческого патогена», – говорилось в его публикации.

Не погружаясь в технические детали, можно резюмировать: вирусологи уже около 20 лет имеют в своем распоряжении достаточно гибкие и сложные инструменты, которые позволяют им создавать синтетические вирусы и целенаправленно модифицировать природные штаммы. Работы в этом направлении велись открыто и легально, а результаты исследований публиковались в специализированных журналах.

Эти же публикации свидетельствуют, что группа Ши Чжэнли из Уханьской лаборатории проводила опыты, результатом которых могло стать создание вируса SARS-CoV-2, так как аналогичные химеры ее коллективом уже создавались.

Вопрос мотива не столь однозначен. Питер Роттиер и Ральф Барик – первопроходцы, люди, которые двигают фундаментальную науку и меняют границы возможного для человечества. Китайские вирусологи, очевидно, решили не отставать, и потому стремились овладеть передовыми генетическими технологиями.

Во всех официально опубликованных работах о создании химерных вирусов намерения декларировались самые благие: добиться лучшего понимания изменчивости вирусов, создать инструменты для тестирования вакцин. Но не стоит забывать, что современная наука – удовольствие чрезвычайно дорогое, а потому создание безобидных для человека химер далеко не столь выгодно в плане получения крупных грантов, как игры со смертельно опасными штаммами. Для получения большого финансирования вирусологам всегда было важно показать значимость их исследований для всего человечества. Аналогичным образом ведут себя американские военные: всякий раз, когда им не хватает денег на очередное вундерваффе, они начинают рассказывать о русской или китайской угрозе.

«Используя систему обратной генетики SARS-CoV, мы создали и охарактеризовали химерный вирус, экспрессирующий шиповидный белок коронавируса летучей мыши SHC014 в мышиноадаптированной основе SARS-CoV. Результаты показывают, что вирусы группы 2b, кодирующие шиповидный белок SHC014 в основе дикого типа, могут эффективно использовать несколько ортологов человеческого рецептора SARS (ACE2), эффективно реплицироваться в первичных клетках дыхательных путей человека и достигать титров in vitro, эквивалентных эпидемическим штаммам SARS-CoV. Кроме того, эксперименты in vivo демонстрируют репликацию химерного вируса в легких мыши с заметным патогенезом. Оценка доступных иммунотерапевтических и профилактических методов на основе атипичной пневмонии показала низкую эффективность; подходы как к моноклональным антителам, так и к вакцинам не смогли нейтрализовать и защитить от инфицирования CoV с новым шиповидным белком. На основании этих результатов мы синтетически воспроизвели инфекционный полноразмерный рекомбинантный вирус SHC014 и продемонстрировали репликацию вируса как in vitro, так и in vivo», – писали Ральф Барик и Ши Чжэнли о своей совместной разработке в 2015 году.

Кроме того, следует помнить, что круг специалистов по синтетической вирусологии настолько тесен, что все они знают друг друга лично. Например, есть сведения, что в начале двухтысячных Ши Чжэнли стажировалась у Питера Роттиера. Следовательно, учеными могли двигать и чисто личные мотивы: дружеского соревнования, профессионального соперничества, а может, и стремления ученика превзойти учителя.

С учетом всего вышеизложенного можно предположить, что имей Уханьская вирусологическая лаборатория более высокий класс защиты, или не произойди в ее стенах некий (неизвестный в настоящее время) инцидент – SARS-CoV-2 так и остался бы героем очередного доклада в специализированном журнале, интересного и понятного лишь нескольким тысячам узких специалистов.

Однако с учетом того, чем были заняты ведущие вирусологи мира в последние два десятка лет, утечка эпидемии из пробирки была лишь вопросом времени. И, судя по всему, время это настало в ноябре 2019 года.