Китайская академия наук: штамм "омикрон" появился в результате передачи от человека к мыши и обратно
Исследователи из Китайской академии наук в Пекине недавно сообщили о новых интригующих доказательствах возможного мышиного происхождения варианта "омикрон". Их статья, размещенная на сервере препринтов BioRxiv, была быстро подхвачена и через несколько дней опубликована в журнале Journal of Genetics and Genomics. Она опровергает доминирующую теорию, которая утверждает, что полимутантная последовательность шипинга "омикрон" должна была развиться в условиях длительной инфекции у пациента с ослабленным иммунитетом.
Их основная идея заключается в том, что мышь могла каким-то образом заразиться человеческим вирусом путем "обратной зоонозной передачи", после чего вирус развил все или многие из своих 45 новых мутаций, а затем был передан обратно человеку. Хотя эта теория может объяснить, почему "омикрон" кажется таким аномальным, если его расположить на филогенетическом древе среди обычных подозреваемых, существует одна большая проблема: мышиный гомолог человеческого рецептора ACE2 (hACE2), который вирус обычно использует для проникновения в клетки, имеет мало сродства к стандартному белку-шипу SARS-CoV-2.
Настолько мало, что для изучения вируса на этом предпочтительном для исследований животном ученые должны искусственно вводить hACE2, чтобы создать мышей, у которых при заражении наблюдается значительный респираторный дистресс. Эти трансгенные мыши создаются несколькими способами, каждый из которых демонстрирует уникальные тканевые тропизмы, проникновение и, соответственно, различные эффекты.
Исследователи провели эксперименты по встраиванию последовательности человеческого hACE2 в геном хозяина и его индуцированию под контролем ряда различных промоторов. Аденовирусы также могут быть использованы для инфицирования клеток и создания реплицирующихся плазмид, которые распространяют код hACE2.
Учитывая эти вопросы, как стандартный человеческий вирус мог прижиться у мышей? Очевидно, что последовательность "омикрон" и последствия болезни отличаются от других четырех вариантов. Хотя "омикрон" кажется более трансмиссивным, он также кажется менее тяжелым - похоже, что он не нацелен на различные классы клеток в глубоких слоях легких одинаковым образом.
Эти типы клеток могут включать бронхиолярные и альвеолярные эпителиальные клетки, альвеолярные макрофаги и по-разному обозначенные пневмоциты. Одно из возможных объяснений здесь заключается в том, что "омикрон" не полагается на прием ACE2 и последующее расщепление TMPRSS для инфекции. Вместо этого он, по-видимому, предпочитает прямое эндосомальное поглощение и расщепление ферментами катепсина.
Авторы рассудили, что если "омикрон" действительно эволюционировал в мыши, то детальная специфика 45 мутаций, которые он там приобрел, должна прямо отражать это. Другими словами, поскольку каждый организм имеет различные механизмы восстановления ДНК, количество нуклеотидов, предпочтение кодонов, окислительный фон и другие склонности к мутациям, то "молекулярный спектр" их мутаций должен выявить видовую специфику.
На практике это непростая задача. Тем не менее, исследователи обоснованно построили такой спектр, используя относительное количество каждой из 12 возможных замен пар оснований (т.е. A>C,T или G, C>A,T или G и т.д.) в ходе эволюции омикрона B.1.1.529 от его ближайшего предка.
Они обнаружили, что молекулярный мутационный спектр "омикрон" значительно отличается от спектра всех других вирусов, эволюционировавших в организме человека, но очень похож на спектры, связанные с эволюцией вирусов в клетках мыши. Хотя другие авторы недавно предположили, что вирус "омикрон" мог возникнуть после кратковременной передачи в промежуточного хозяина, такого как крыса или даже олень, данное исследование является первым, которое накладывает реальное мясо на кости такого рода зоонозного двухэтапного процесса.
Авторы предполагают, что наблюдаемые мутации, а также вставки и удаления могут соответствовать эволюции мышей в течение примерно одного года. Однако, как известно, оценить время мутационного запаздывания подобным образом довольно сложно, и зачастую это несколько субъективно.
Некоторые из этих мутаций и связанные с ними вирусные аксессуары довольно любопытны. Например, все еще необъяснимая вставка сайта расщепления фурина в SARS-CoV-2 получила дополнительный ключевой аргинин в омикрон, модификация, которая, по-видимому, еще больше усиливает обработку фурина во время жизненного цикла вируса.
Однако ряд новых исследований позволяет предположить, что эволюция сайта расщепления фурина из воздуха может оказаться не такой уж большой удачей, как считалось ранее. Так, у европейской летучей мыши был обнаружен коронавирус, который находится всего в одной мутации от обладания полибазисным сайтом расщепления фурина в месте расположения шипа S1/S2. К другим особенностям "омикрон" относится способность избегать воздействия вакцин и антител, но не Т-клеточного ответа. Образование синцития в результате бурного слияния клеток, с другой стороны, не наблюдается в Omicron, что может потенциально объяснить, почему это заболевание является менее тяжелым.
Еще в 2007 году исследователи показали, что они могут полностью адаптировать человеческий SARS-CoV-1 для смертельного заражения мышей и создания респираторного хаоса после 15 последовательных прохождений вируса через животных. Ральф Барик и другие недавно сделали это всего за 10 пассажей для SARS-CoV-2.
Подобные манипуляции, очевидно, ускоряют эволюцию, которая происходила бы в естественной среде, в несколько раз. Именно поэтому это и делается. В клеточных культурах все можно сделать еще быстрее. Те же самые виды спектров молекулярных мутаций, изученные в Omicron, как отмечалось выше, могут также легко проявиться после пассажа в определенных клеточных линиях. Другими словами, особенности вирусов могут легко эволюционировать в определенных условиях культуры в соответствии с потребностями и склонностями конкретных используемых клеточных линий.
Например, инфицирование дельта-вариантом в клетках Calu-3 (эпителиальные клетки аденокарциномы легких человека), которые имеют высокую экспрессию TMPRSS и предпочитают клеточно-поверхностный путь инфицирования, было в четыре раза выше, чем инфицирование "омикрон". В клетках HEK (клетки эмбриональных почек человека), оптимизированных для эндосомального проникновения, инфекция "омикрон" была в 10 раз выше, чем дельта. Когда в дело вступают трансгенные линии клеток с потенциальной гибридной экспрессией рецепторов разных видов, становится очень трудно понять, чего ожидать.
