Новый штамм коронавируса под названием «омикрон» шагает по планете и становится одной из главных тем для СМИ. Все больше государств объявляет об обнаружении первых заболевших, ряд стран уже ввел ограничения или запреты на въезд, а ВОЗ внесла новый вариант в список «вызывающих беспокойство». Как предполагают ученые, «омикрон» мог возникнуть в организме человека с ослабленным иммунитетом — например, больного ВИЧ. Мы разобрались, как вообще мутируют вирусы, что могло произойти в случае с «омикроном», а также почему новый штамм — неожиданно — может помочь обуздать пандемию.
Как вообще мутируют вирусы?
Как и многие организмы, вирусы обладают мутационной генотипической изменчивостью. Благодаря этому они полноценно участвуют в эволюционном процессе и подвержены естественному отбору.
В чем суть? Вирус представляет собой набор белков, заключенных в оболочку — капсид. Главная внутренняя составляющая вируса — генетический код, записанный с помощью молекул ДНК или РНК. Такие молекулы представляют собой последовательность повторяющихся частиц (нуклеотидов — всего их бывает четыре типа), соединенных друг за другом в цепочку в определенном порядке. В случае с вирусом SARS-CoV-2, молекула РНК включает в себя около 30 тыс. нуклеотидов — это и есть его геном.
Генетический код — самое важное, что есть у вируса: именно он позволяет ему воспроизводиться и обуславливает все его свойства. Стоит немного изменить последовательность нуклеотидов — и свойства вируса могут улучшиться или ухудшиться.
Изменения генетической цепочки в организмах и таких агентах, как вирусы, случаются постоянно. Механизмы бывают разными (два главных — рекомбинация и реассортимент), однако суть простая: при размножении вируса какой-то из нуклеотидов в его геноме подменяется одним из трех других, меняя тем самым последовательность всей цепочки. Это и называется мутацией. Чаще всего изменение одного нуклеотида в последовательности ни к чему серьезному не приводит — в таком случае мутацию называют «молчащей». Но иногда одно или несколько изменений в цепочке ДНК или РНК может привести к модификации свойств самого агента. Например, он может стать более устойчивым к иммунитету или научиться быстрее размножаться. Изменения могут быть и негативными: например, вирус может вообще «разучиться» проникать в клетку.
Вот тут сотрудники ВОЗ визуализировали то, о чем мы написали выше (не пугайтесь, с вашим устройством все в порядке, просто в самом видео нет звука 😞):
На этом этапе в дело вступает естественный отбор: если возникший новый вариант вируса (иначе говоря, штамм) оказывается слабее своего «предка», то он не получает распространения и вскоре исчезает. Но если его свойства улучшились и дали какое-то преимущество над исходным вариантом, то вскоре он вытесняет из популяции своего более слабого предка и начинает доминировать. Процесс естественного отбора идет постоянно — десятки и даже сотни вариантов вирусов постоянно бьются за место под солнцем, конкурируя между собой и «выясняя», чьи мутации оказались более удачными.
Яркий пример естественного отбора в мире вирусов — как раз SARS-CoV-2. Еще в мае 2020-го года в Южной Африке был обнаружен штамм, позднее маркированный ВОЗ как «бета» и вызывавший серьезное беспокойство ученых из-за того, что мутации позволяли ему быть более устойчивым к иммунитету человека. Это особенность могла сделать вирус неуязвимым к антителам, появившимся в результате вакцинации или инфицирования. Однако уже в октябре в Индии появился штамм «дельта», главным отличием которого была более высокая заразность. Как оказалось, именно эта мутация была более удачной — «дельта» быстро распространилась по миру, вытеснив как оригинальный «уханьский» штамм, так и «бету».
Теперь вернемся к «омикрону». Его генетическая последовательность РНК отличается от оригинальной «уханьской» в более чем 50 местах — это очень много. К примеру, доминирующий сейчас штамм «дельта» имеет, по разным источникам, от 13 до 17 мутаций по сравнению с «оригиналом». Британский вирусолог из Имперского колледжа Лондона Том Пикок даже назвал число мутаций в «омикроне» «ужасающим». Для многих экспертов такое развитие вируса стало большим сюрпризом. «Он совершил огромный эволюционный скачок, показав гораздо больше мутаций, чем мы ожидали», — заявил южноафриканский вирусолог Тулио Де Оливейра.
Объяснение такому числу мутаций есть. Оно заключается в большом количестве ВИЧ-инфицированных и больных раком в ЮАР — стране, где «омикрон» сейчас наиболее широко распространен и где он, возможно, появился.
Как слабый иммунитет помогает вирусам эволюционировать?
В нормальной ситуации жизненный цикл SARS-CoV-2 выглядит следующим образом. После попадания в организм вирус с помощью шипа на поверхности вириона (по-научному — спайк-белка) начинает проникать в клетки. Цель — размножение. Своих средств для этого у вируса нет, именно поэтому он вынужден пользоваться аппаратом клеток человека, превращая их в «безумные принтеры» по производству себе подобных. Из них выходят все новые и новые вирусы, заражая соседние и проникая из организма наружу в попытке передаться другому носителю.
Если процесс не остановить, то вскоре зараженных (а значит, не выполняющих свои основные функции) клеток станет так много, что органы или ткани откажут — и организм погибнет. Чтобы этого не произошло, существует иммунитет. Он обнаруживает «нарушителя» и вскоре начинает с ним бороться. При благоприятном развитии событий иммунитет побеждает, полностью уничтожая частицы возбудителя в организме и приводя к выздоровлению. Чтобы не заставлять иммунитет «учиться» бороться с коронавирусом в реальных условиях, люди придумали вакцины, которые заранее обучают его быстро обнаруживать какой-то конкретный вирус и «вооружают» против него.
Однако есть случаи, когда иммунитет ослаблен, из-за чего у него не получается окончательно справиться с болезнью. Тогда вирус может сохраняться в организме очень долго (целыми месяцами), не убивая человека, но и не исчезая. Долгий период времени, проведенный вирусом в таких условиях, позволяет инфекции, по сути, получить широчайшее поле для экспериментов. Неудачные варианты, образовавшиеся в ходе мутаций внутри организма, тут же отсеиваются иммунитетом человека, успешные же — продолжают размножение и могут мутировать дальше, вычленяя наиболее жизнеспособные варианты.
Самыми благоприятными для вируса в этой ситуации выглядят организмы людей с ослабленным иммунитетом, пациентов, перенесших трансплантацию органов и тканей, онкологических пациентов, проходящих курсы лучевой или химиотерапии, людей с различными видами рака крови, принимающих иммунодепрессанты, а также больных ВИЧ-инфекцией, не принимающих антиретровирусные препараты.
«Об этом явлении научному сообществу давно и хорошо известно с момента появления первого варианта коронавируса», — говорит Тулио Де Оливейра, коллеги которого и сообщили о новом штамме на прошлой неделе.
В качестве примера он привел случай из Великобритании. У пациента в возрасте старше 70 лет в 2012 году была диагностирована лимфома — злокачественное заболевание лимфатической системы. Затем мужчина получил положительный тест на коронавирус и после месяца борьбы с болезнью был госпитализирован с коронавирусной пневмонией. Позднее человек умер, но в итоге суммарно SARS-CoV-2 продолжал размножение в его организме более 100 дней. Ученый из Кембриджского университета Равиндра Гупта, занимавшийся этим случаем, обнаружил, что вирус, находившийся в организме мужчины, имел ряд мутаций, которые затем были выявлены в ставшем в Британии доминирующим штамме «альфа».
Лекарственный препарат, который принимал пациент для борьбы с лимфомой, снижал в его организме количество B- и T-клеток, которые иммунитет использует для борьбы с вирусами. Таким образом защита организма была ослаблена и не могла победить инфекцию, дав ей возможность долгое время проводить естественный отбор.
Вероятно, именно таким был и механизм появления «омикрона» — по крайней мере, это лучше всего объясняет аномальное число мутаций в геноме вируса. ЮАР — страна с самой массовой эпидемией ВИЧ в мире. По данным ЮНЭЙДС, в 2020 году в этой стране с ВИЧ жило 7,5 млн человек (всего в Южной Африке проживает почти 60 млн человек). ВИЧ-позитивны там 19% взрослых (возраст 15−49 лет). Лишь 71% из них принимает антиретровирусные препараты. Каждый год в стране регистрируют 115 тыс. новых случаев онкологических заболеваний. Все это делает ЮАР идеальным «тестовым полигоном» для таких вирусов, как SARS-CoV-2. Для него страна хороша еще и потому, что в ней невысокий процент вакцинированных от COVID-19, — обе дозы прививки получили менее четверти жителей. Напомним, что бета-штамм также впервые был обнаружен и получил широкое распространение именно в ЮАР.
«Омикрон» действительно так страшен?
Этот вопрос пока остается открытым. Теоретически, штамм может нести в себе серьезную опасность — об этом говорит не только число мутаций, но и свойства, которые эти мутации могут ему дать, если сравнивать с их действием у других штаммов. Так, сообщается, что заразность «омикрона» может в разы превышать аналогичный показатель «дельты», а мутации в спайк-белке могут помогать ему «прятаться» от иммунитета: как приобретенного переболевшими, так и сформированного вакцинами. Это может сделать «омикрон» своеобразным суперштаммом, который обладает как свойствами «беты», распространения которой так опасались ученые, так и доминирующей сейчас «дельты».
Тем не менее, на практике ни одно из этих свойств «омикрона» пока не подтверждено. Более того, сама ВОЗ скептически относится к мерам, принятым некоторыми странами для ограничения распространения нового штамма, подчеркивая, что более высокая заразность или умение вируса обходить иммунитет пока не подтверждены, а потому меры могут быть избыточны. Да и в целом неясно, насколько штамм жизнеспособен, — пример «беты» показывает, что страхи могут быть серьезно преувеличены и «омикрон» вообще не сможет получить широкого распространения.
Есть и еще один ключевой момент, который может не только уменьшить риски, связанные с распространением «омикрона», но и вообще сделать его положительным явлением.
Дело в том, что пока также неясно, является ли болезнь, вызванная штаммом, более тяжелой, чем другие варианты COVID-19. В Южной Африке сейчас госпитализируют больше людей, чем раньше, но это вполне может быть связано с ростом числа инфицированных, а не с более тяжелым протеканием заболевания. С другой стороны, значительную часть пациентов, среди которых проводилось исследование, составляют заболевшие студенты — а молодежь в целом переносит COVID-19 легче, чем люди старшего возраста.
Информация, которая появляется сейчас, скорее, говорит об обратном — болезнь COVID-19, вызванная новым штаммом, может переноситься даже легче, чем вызванная другими. О более легком течении, например, заявлял директор Национального института инфекционных заболеваний ЮАР Адриан Пурен. «Возможно, данный вариант коронавируса находится с нами более длительное время, нежели это сейчас считается, — сказал он. — Пока очень много неясностей, однако этот [штамм] обладает высокой степенью передачи от человека к человеку. Имеющиеся данные показывают, что в первую очередь заболевают молодые люди, но количество госпитализированных не растет. Новый штамм есть и остается коронавирусом, и имеющиеся вакцины снижают его активность».
Аналогичную информацию сообщала глава национального объединения медработников ЮАР Анжелик Кутзее (именно она первой обратила внимание на появление нового штамма). «Симптомы инфицированных пациентов очень сильно отличались и были заметно мягче тех, что я наблюдала раньше, — говорит врач. — Заболевание проходит в легкой форме с симптомами боли в мышцах и усталости в течение дня или двух, плохого самочувствия. На данный момент мы обнаружили, что инфицированные не страдают потерей вкуса или запаха. У них может быть легкий кашель. Каких-то особенных симптомов нет. Некоторые из инфицированных в настоящее время проходят лечение дома. У нас был один интересный случай: ребенок примерно в возрасте шести лет, с температурой и высоким пульсом, — я раздумывала, стоит ли следить за ней внимательнее. Однако через два дня она была уже практически здорова».
Эта информация не только обнадеживает, но и позволяет высказывать осторожную гипотезу, что «омикрон» может даже помочь в борьбе с пандемией и ее последствиями. Если предположить, что штамм действительно более заразен, чем другие виды, но при этом болезнь протекает легче и не приводит к серьезным последствиям, то вытеснение им других штаммов может несколько улучшить ситуацию с пандемией. Ведь большое число мутаций в геноме вируса могло повлиять и на другие его свойства — не только на негативные. Если летальность от «омикрона» будет гораздо ниже, чем от того же штамма «дельта», то его появление и вытеснение им других штаммов может спасти немало жизней.
В любом случае, для обоснованных прогнозов у ученых пока слишком мало данных. Мы не знаем, будет ли «омикрон» заражать вакцинированных, каким будет течение болезни и ее последствия, да и в целом, получит ли новый штамм широкое распространение — в уравнении пока что остается слишком много неизвестных. Ученые предполагают, что ситуация прояснится в ближайшие недели.