Британский микробиолог Эд Фейл спрогнозировал перспективы развития ковидной пандемии и объяснил, чего ожидать человечеству – еще годы борьбы с пандемией или же вирус вскоре исчерпает эволюционное пространство для маневра и ослабнет до обычного патогена-эндемика? Статья подготовлена этим специалистом, сотрудником Центра эволюции Милнера (Университет г. Бат, Великобритания) для издания The Conversation.
В конце 2020-го три различных и быстро распространяющихся штамма коронавируса наблюдались в Великобритании, Южной Африке и Бразилии. За последнее время тревогу вызывают штаммы, обнаруженные в Индии и США. Как же будет развиваться пандемия дальше?
Прогнозы эволюции вируса, в частности, перспективных изменений вирулентности [степени способности вызвать заболевание] ковида всегда будут полны неопределенности. Причуды случайной мутации РНК, хаотические модели передачи и распространения, лишь частично понятые силы естественного отбора создают проблемы даже самым проницательным предсказателям эволюции. Тем не менее, устоявшиеся эволюционные концепции в сочетании с огромным количеством данных о самом Covid-19 могут, по крайней мере, дать некоторые ориентиры.
Вызывающий ковид вирус — SARS-CoV-2 – проник в организм человека от неопознанного животного-хозяина и тем самым вошел в новое эволюционное пространство, полное препятствий, угроз, тупиков и очень редких возможностей. Это пространство сложно представить и измерить, оно досадно многомерное.
Отправная точка несложная – рассмотреть верхние пределы разнообразия геномных последовательностей или границ мутационного пространства. Предположим, что геном SARS-CoV-2 состоит из 30 000 фрагментов, каждый из которых может быть занят одним из четырех оснований (аденин, цитозин, гуанин, урацил). Отсюда следует, что возможно более квинтиллиона (4 в 30 степени) вариантов последовательностей генома коронавируса, что примерно равно ширине Млечного пути в метрах.
Впрочем, этот математический предел не учитывает биологию и поэтому бесполезен. «Любые» комбинации геномов не могут кодировать вирус, способный инфицировать и размножаться. То, что для поддержания функций вируса, его скорости и степени адаптации имеются эволюционные ограничения – хорошая новость.
Имеются еще хорошие новости. Большинство экспертов относительно оптимистично комментируют угрозу мутаций в геноме SARS-CoV-2, поскольку большинство их дают либо незначительные функциональные последствия, либо не имеют их вообще. У функционального вируса мало мутационного пространства. Но даже при безвредности большинства мутаций, в глубоком мутационном пространстве остаются скрытые, подобные микроскопически точкам на микроскопических точках, очень редкие геномные изменения – именно они позволяют вирусу внедрять новые способности.
Как быстро развивается SARS-CoV-2
Секвенирование [определение начальной структуры] всего генома позволило исследовать ковида через мутационное пространство. Известно, что в его геноме в среднем происходит одна-две мутации в месяц, что, учитывая размер генома, в четыре раза медленнее, чем у вируса гриппа. Это тоже хорошая новость, поскольку чем геном вируса стабильнее, тем меньше возможностей у него обойти вакцинацию или применить какой-то другой генетический трюк.
Однако появление «британского штамма» (B117) было примечательным и отрезвляющим. Изучение последовательности его генома показало, что он перенес 23 мутации одновременно. Большинство этих мутаций не имеют большого эволюционного значения, но оставшиеся – несут ответственность за повышенную скорость распространения этого штамма.
Почему и как это произошло? Вирус мутирует в процессе репликации [самовоспроизведения] внутри организма-хозяина. Эти мутации могут изменить способ взаимодействия вируса с клетками человека, включая иммунную систему. «Британский» штамм мог появиться в ходе продолжительной инфекции у одного пациента с ослабленным иммунитетом. И долговременное лечение плазмой ранее выздоровевших, содержащей антитела, могли вызвать выделение этого штамма естественным отбором.
Доступность организмов-хозяев
Искрой для возникновения «британского» штамма, вероятно, был эволюционный ход, призванный защитить вирус от терапевтических антител (плазмы выздоровевших). Наиболее очевидным последствием этого стала улучшенная способность распространяться между хозяевами-людьми. Это показывает, что одни и те же мутации могут дать вирусу несколько преимуществ одновременно (явление «плейотропия»).
Хотя нам полностью биологические механизмы неизвестны, однако идентифицировать мутации-кандидаты по данным о последовательности генома мы можем, поскольку они возникали неоднократно в пандемию. Несмотря на слепой процесс мутации, естественный отбор неоднократно выбирал одни и те же мутационные варианты («эволюционная конвергенция).
Вероятно, что общее количество мутаций спайкового белка – части вируса, связывающейся с клетками человеческого организма – ограничено. Однако также вероятно, что свойства вируса определяются не отдельными изолированными мутациями, а тем, как несколько мутаций взаимодействуют между собой. Эта комбинаторная перспектива внезапно открывает вирусу новые зоны потенциально плодотворного мутационного пространства.
Также, как шансы лотерейного выигрыша возрастают с приобретением большего числа билетов, вероятность редких эволюционных событий, ведущих к появлению новых проблемных штаммов коронавируса, будет возрастать по мере увеличения числа инфицированных людей. Определенно ясно одно: с эволюционной точки зрения крайне важно удерживать как можно меньшее количество случаев SARS-CoV-2 в мире.