Ирина Якутенко
Вирус, который сломал планету. Почему SARS-CoV-2 такой особенный и что нам с ним делать
Был ли промежуточный хозяин?
Сегодня – в значительной мере благодаря работам группы Ши Чжэнли – у нас есть довольно много расшифрованных геномов мышиных коронавирусов. Самый близкий к нынешнему пандемическому коронавирусу, RaTG13, выделенный из подковоносых летучих мышей Rhinolophus affinis, по последовательности РНК сходен с SARS-CoV-2 на 96 %. Кажется, что это много, но на самом деле 96 % недостаточно, чтобы признать вирус из R. affinis его непосредственным предком, тем более что основные отличия находятся в последовательности S-белка – главного ответственного за перескок паразита к другому виду. Другими словами, коронавирус R. affinis не смог бы эффективно заражать клетки человека: он куда больше приспособлен к ACE2-рецепторам летучих мышей. Именно поэтому появилась гипотеза о промежуточном хозяине. Тем более что у предыдущих коронавирусов, перекинувшихся к нам от летучих мышей и вызвавших эпидемии – SARS и MERS, – промежуточные хозяева были. В случае SARS вирус передался сначала циветам – обитающим в Африке и Азии хищным млекопитающим, выглядящим как гибрид енота и гиены. MERS сначала перепрыгнул от летучих мышей на верблюдов и только от них – к человеку.
Рис. 5. Организм летучих мышей – настоящий курорт для самых разных вирусов
Одно время ученые рассматривали гипотезу, что промежуточным хозяином нового паразита был панголин – странный зверь, похожий на умильного дракончика. Потом от этой версии отказались: уж больно далеки последовательности панголиньих и человечьих коронавирусов, мышиные вирусы к нашим намного ближе. Но есть одно место, где последовательность генома коронавирусов панголинов практически идентична SARS-CoV-2, – это S-белок, при помощи которого паразит пролезает в наши клетки. Еще точнее – это RBD-участок, тот самый, что непосредственно связывается с рецептором ACE2. Это событие запускает цепочку реакций, благодаря которой вирус пролезает под мембрану – мы подробно говорили об этом в главе «Как устроен коронавирус». В начале мая в журнале Nature вышла статья{29}, которая опять вернула панголинов в повестку дня – но не как прямого предка, а, так сказать, в качестве донора маленькой части генома. Авторы сравнили последовательности 17 коронавирусов, выделенных из панголинов, с геномами SASR-CoV-2 и самым близким из мышиных вирусом RaTG13 и пришли к выводу, что наш нынешний паразит – результат рекомбинации какого-то из панголиньих коронавирусов с коронавирусом летучей мыши, хотя бы с тем же RaTG13.
СВОИМИ РУКАМИ
Практически с самого начала эпидемии появилась версия, что новый коронавирус появился неестественным путем, а именно был создан в лаборатории. Творцом SARS-CoV-2 чаще всего называют Ши Чжэнли – ту самую Batwoman – и ее соавторов. Сторонники этой гипотезы обращают внимание на странности в структуре вирусного генома, прежде всего на сочетание фрагментов летучемышиных и панголиньих вирусов. Кроме того, у Чжэнли и дружественных ей исследователей, занимающихся коронавирусами, в 2015 году вышла статья, в которой они описывали как раз создание гибридных вирусов{30}. Целью работы, как объясняют авторы, было показать, что умеющие рекомбинировать коронавирусы обладают серьезным эпидемическим потенциалом. Обсуждать доводы тех, кто верит и не верит в искусственное происхождение вируса, нет смысла: это заведет нас в дебри молекулярной биологии и генетики, вряд ли интересные далеким от науки читателям. Более того, без специальных знаний невозможно понять, насколько убедительны те или иные аргументы. Если совсем коротко, SARS-CoV-2 не несет в своем геноме изменений, которые не могли бы появиться естественным путем. Окончательным доказательством для сомневающихся стало бы расследование с изучением записей в лабораторных журналах, опросом сотрудников и так далее. Но, в любом случае, какова бы ни была родословная SARS-CoV-2, это никак не влияет на методы лечения и разработку вакцины.
Рекомбинацией называют процесс обмена кусками генетической информации. Обычно она происходит между участками с очень сходной последовательностью – например, родительскими хромосомами при образовании половых клеток или двумя близкими вирусами. Когда такие фрагменты оказываются в непосредственной близости, они могут перепутаться, и ферменты, копирующие ДНК или РНК, по ошибке запишут в одну из молекул кусочек последовательности другой. Рекомбинация происходит в живых системах повсеместно: так, именно благодаря ей вы отличаетесь от ваших братьев и сестер больше, чем если бы мы наследовали от родителей генетический материал целыми хромосомами. Многие вирусы тоже активно используют этот механизм для увеличения разнообразия и скорости изменений. Рекомбинация характерна как для ДНК-содержащих вирусов (вроде герпесвирусов), так и для РНК-содержащих, например ретро- (к ним относится, к примеру, ВИЧ), пикорна- (полиомиелит, ящур) и коронавирусов.
В случае SARS-CoV-2 рекомбинация – если она имела место – произошла в последовательности S-белка в районе RBD-фрагмента. Спайк-белки нашего и одного из панголиньих коронавирусов оказались сходны на 97,8 %, а из шести аминокислот[14] RBD-участка отличалась всего одна, причем в позиции, которая не изменяет его конформацию (форму), то есть не влияет на связывание с рецептором ACE2. При этом второго важного для проникновения участка – сайта расщепления фурином – у панголиньих вирусов нет. И это серьезный аргумент против гипотезы о том, что именно панголины были промежуточными хозяевами: если бы это было так, то SARS-CoV-2 унаследовал бы ген S-белка целиком.
В конце июля большая группа биоинформатиков из разных стран опубликовала работу, которая не только объясняет, откуда у мышиного вируса оказался фрагмент S-белка вирусов панголинов, но заодно оценивает, как давно у рукокрылых завелись потенциально опасные для человека коронавирусы{31}. Авторы сделали следующее. Хотя коронавирусы чрезвычайно любят рекомбинировать, перекидываться туда-сюда могут не все части генома: одни участки в силу определенных особенностей перепрыгивают от вируса к вирусу куда охотнее, чем другие. Обилие таких склонных к промискуитету геномных фрагментов затрудняет построение глобального эволюционного древа коронавирусов: так как вирусы с разных «веток» все время обмениваются кусками, вместо последовательного ряда изменений ученые видят генетический «винегрет». Авторы новой работы применили хитрый трюк: по характерным признакам они вычислили участки-перебежчики и убрали их из выборки анализируемых коронавирусных геномов. Затем ученые сравнили между собой лишь консервативные фрагменты, которые не перепрыгивали с ветки на ветку, а постепенно менялись с течением времени. Анализируя количество отличий между имеющимися штаммами, исследователи смогли восстановить эволюцию коронавирусов.
В итоге авторы пришли к неожиданному выводу: коронавирусы, давшие начало ветви, которая ведет к SARS-CoV-2, циркулируют в популяции летучих мышей уже примерно от 40 до 70 лет (авторы «вычитали» прыгучие участки тремя разными способами, которые дали сходные, но немного разные временны́е оценки). То есть фрагмент спайк-белка, который хорошо приспособлен к человеческим ACE2-рецепторам, существует в этих вирусах минимум полвека. Другими словами, среди летучемышиных вирусов может быть еще множество вариантов, вполне способных перепрыгнуть на человека. Но чтобы их обнаружить, надо получить множество образцов таких вирусов, а, например, США в апреле прекратили финансировать программу экспедиций в Китай по их добыче{32}. Впрочем, уже 27 августа американский Национальный институт изучения аллергических и инфекционных заболеваний учредил 11 грантов на создание сети центров по контролю за вновь возникающими инфекционными заболеваниями{33}. Сумма на первый год составила 17 млн долларов, а всего за пять лет планируется выделить 82 млн.
Что касается того самого шестиаминокислотного фрагмента, то, согласно выводам авторов, он присутствовал у общего предка SARS-CoV-2, RaTG13 и панголиньего вируса, но потом в результате очередной рекомбинации потерялся у ветки, ведущей к RaTG13. То есть его не извлекали из панголиньего вируса и не вставляли специально в какого-то предка SARS-CoV-2 (или он не перепрыгивал туда самостоятельно). Этот фрагмент давно присутствовал в предковых популяциях, но потом часть потомков избавилась от него. Разумеется, это всего лишь теоретическое предположение. Для окончательного доказательства нужно массово выделять коронавирусы из летучих мышей и расшифровывать их геномы. Если нам повезет и какой-нибудь из предковых штаммов еще циркулирует, мы увидим у него этот злосчастный кусок.
Окончательный ответ, откуда же взялся нынешний вредоносный коронавирус, можно было бы получить, найди ученые животное с вирусом, чья последовательность еще ближе к SARS-CoV-2, чем RaTG13. Это может быть летучая мышь или какой-то другой зверь – впрочем, последнее крайне маловероятно. Шанс, что истинного предпоследнего хозяина SARS-CoV-2 обнаружат, есть, но гарантировать, что это точно произойдет, нельзя. Летучих мышей очень много, все пещеры, где они водятся, облазить невозможно. В этой ситуации нет ничего удивительного: например, точно так же обстоят дела с исследованиями динозавров. Очень многое из того, что мы знаем о древних ящерах, – это только гипотезы, пусть и очень убедительные, со множеством косвенных доказательств. И порой новые данные радикально изменяют наши представления об этих существах: например, еще 50 лет назад никто не мог подумать, что у них были перья. А сегодня мы знаем, что огромное количество динозавров покрывала вовсе не чешуя: палеонтологам посчастливилось обнаружить останки с явными следами перьев. Поэтому нельзя исключать, что однажды в какой-нибудь неприметной летучей мышке обнаружат вирус, практически идентичный SARS-CoV-2. Но искать его нужно быстрее: учитывая скорость вирусных мутаций и рекомбинаций, через несколько лет понять, был ли он предком нашего коронавируса, будет затруднительно.
Глава 4. Как передается коронавирус
Отличный фильм Стивена Содерберга «Заражение» предсказал очень многие события нынешней эпидемии. Картина вышла в далеком и безопасном 2011 году, но даже тогда после ее просмотра становилось не по себе: оказывается, вирусы и прочие патогены везде! Вот болеющая, но еще не знающая об этом героиня кашляет, прикрывая рот ладонью, а потом этой же рукой берет стакан. Его убирает официант – и всё, он тоже заражен. Через несколько дней уже этот официант чихает и кашляет, но едет в метро на работу – и поручни становятся источником опасности для десятков пассажиров. Кнопки лифта, продукты в супермаркете, стаканчики с кофе, посылки, письма – кажется, невозможно ступить и шагу, чтоб не подцепить десяток разных вирусов и бактерий. Это не говоря уж о встречах с людьми, которые, как выяснилось, беспрерывно распространяют вокруг себя всевозможные жидкости: наверно, многие видели в сети эффектные мультяшки, показывающие, как много микрокапелек, наполненных всякими патогенами, разлетается у нас из рта при кашле, чихании, разговоре и просто когда мы дышим.
Когда началась эпидемия COVID-19, ужас охватил не только любителей кинематографа. SARS-CoV-2 – респираторный вирус, то есть заражает клетки дыхательных путей. Значит, он может передаваться и с капельками слюны и мокроты – биологических жидкостей, омывающих инфицированные ткани. Теоретически (а как мы теперь знаем, и практически) заразиться можно, если: а) такие капельки попадут вам на слизистые (воздушно-капельный путь); б) капельки упадут на какую-нибудь поверхность, вы потрогаете ее рукой, затем потрете рот, нос или глаза – те самые слизистые (контактный путь); в) капельки останутся висеть в воздухе, а вы пройдете сквозь такое облачко (аэрозольный путь). Предполагается, что познакомиться с SARS-CoV-2 можно еще одним путем – так называемым фекально-оральным. Рецепторы ACE2, цепляясь за которые вирус проникает в клетки, есть не только на клетках эпителия дыхательных путей, но и, например, на клетках тонкого кишечника. Это означает, что патоген может заражать их и выделяться уже не в просвет дыхательных путей, а в полость пищеварительного тракта. Оттуда он в конце концов попадает в фекалии, и, если недостаточно соблюдать гигиену при посещении туалета, можно подцепить вирус, например, с загрязненного сиденья унитаза.
Осознав все это, особо чувствительные граждане на пике эпидемии в начале весны надевали маску и две пары перчаток, даже выходя выбрасывать мусор на лестничную клетку, любую поверхность протирали спиртом, посылки выставляли на балкон на карантин, а принесенные из магазина фрукты, овощи и пакеты молока мыли с отбеливателем. По мере того как исследователи все больше узнавали про SARS-CoV-2, страхи коронавирусофобов подпитывались не только страшилками из интернета, но настоящими научными публикациями. Государства дополнительно подкрепляли опасения, вводя в общественных местах обязательное ношение масок, а иногда и перчаток – как, например, в России.
Загрязненные поверхности
И если почитать исследования – действительно, есть чего испугаться. Например, в одной из работ{34} авторы проанализировали, как долго вирус может оставаться жизнеспособным на разных поверхностях, и промежутки времени, которые они получили, оказались неприятно большими. На разных тканях, согласно выводам авторов, вирус сохранял активность спустя 24 часа, а на стали и пластике – спустя 72 часа. Но так ли все страшно на самом деле и можно ли вообще говорить о точном количестве часов, в течение которых вирус остается опасным?
В отличие от многих работ, посвященных COVID-19, исследование, о котором идет речь в предыдущем абзаце, проведено корректно и без методологических огрехов. Но вот его интерпретация в СМИ и даже профессиональных кругах оказалась, скажем так, излишне вольной – отчасти потому, что сами ученые в работе не оговорили, насколько их результаты, полученные в лаборатории, применимы к реальным условиям. Безусловно, исследователи не обязаны этого делать, но, учитывая хайп вокруг коронавируса и беспрецедентный уровень общественного внимания к любым публикациям на эту тему, возможно, авторам стоило бы отдельно оговорить этот момент. Особенно понимая, что политики, принимающие решения, тоже люди, которые смотрят телевизор, читают фейсбук и газеты и невольно попадают под влияние всеобщей истерии.
Что же делали авторы работы, результаты которой во многом определили те гигиенические рекомендации, которые столь многие люди внезапно начали считать обязательными?[15] Они брали вирус, разводили его в транспортной среде (грубо говоря, физрастворе) и капали на различные поверхности. Затем брали пробы с этих поверхностей, вновь разводили и заражали полученным раствором клетки в культуре. Эти действия исследователи повторяли сначала спустя полчаса, потом час, потом два и так далее. Рано или поздно соскребенный с поверхностей вирус переставал заражать клетки – и именно эти данные попали в заголовки СМИ. И это, безусловно, некорректное упрощение.
Начать с того, что ученые проверяли жизнеспособность вируса, заражая им клеточные культуры. То есть буквально капали вирусный раствор в питательную среду, в которой клетки растут. Это идеальная ситуация: в реальности так просто вирусу к чувствительным клеткам не попасть. Редко кто облизывает поручни метро и кнопки лифта, на которые только что чихнул заболевший, – по крайней мере, если он старше трех лет. Обычно вирус сначала перекочевывает с поручня на палец, потом с пальца на яблоко или бутерброд и только с них уже попадает в рот (например, можно поковыряться грязными пальцами в зубах, но я уверена, что вы так не делаете). Дорога к носу короче – достаточно не пользоваться салфетками или носовым платком. Как вариант, SARS-CoV-2 может попасть не в рот или нос, а в глаз: как показали недавние работы, на клетках конъюнктивы, прозрачной ткани, которая его покрывает, есть рецепторы ACE2, так что теоретически вирус может проникнуть в организм и таким путем{35}. При каждом переезде его концентрация падает, и даже если изначально на поручне было много вирусных частиц, в рот или глаз в итоге попадет куда меньше. И неизвестно, достаточно ли этого «меньше» для эффективного заражения, ведь у нас, в отличие от клеточных культур, есть иммунная система, которая может нейтрализовать вирус, не допустив развития болезни. Кроме того, в реальных условиях содержащие вирус капельки слюны или мокроты высыхают куда быстрее, чем у ученых в лаборатории, хотя бы потому, что обычно они меньше по размеру, чем стандартные капли из пипетки. Плюс в реальной жизни кто-нибудь постоянно размазывает их, касаясь руками. А если поверхность, на которую попали капли, находится под открытым небом, то ветер и солнце дополнительно ускоряют процесс высыхания.
Но это не все. Узнать предельные цифры концентраций, после которых вирус окончательно теряет активность, конечно, полезно. В практических целях, однако, нас куда больше интересует динамика убывания активности. А она, как показывают данные других исследований, экспоненциальна. За время эпидемии с понятием экспоненты познакомились даже те, кто прогулял все уроки математики в школе, и теперь просвещенные граждане знают, что эта функция сначала изменяется медленно, а потом вдруг начинает стремительно прирастать (или убывать). На самом деле это внешнее впечатление, и относительная скорость роста величин, изменяющихся по экспоненциальному закону, не меняется – но в данном случае на суть дела это не влияет.
Одна из работ, в которой в очередной раз было продемонстрировано, что вирусная активность убывает по экспоненте, касалась конкретно SARS-CoV-2{36}. Ее авторы делали примерно то же самое, что описано выше, только не капали вирусный раствор на поверхности, а распыляли из небулайзера. Таким образом ученые пытались воссоздать реальные условия, когда вылетевшие изо рта маленькие (меньше пяти микрометров в диаметре) капельки не оседают, а парят в воздухе, постепенно высыхая. На приведенных в статье графиках отлично видно, что уже через несколько часов на большинстве поверхностей остается очень мало вируса. Время полужизни патогена – то есть время, за которое его детектируемое количество сокращается вдвое, – для стали составило 5,6 часа, для пластика – 6,8. Дальнейшая динамика до полного исчезновения не так уж важна: скорее всего, эффективной для заражения концентрации нет уже через пару часов. Я пишу «скорее всего» потому, что, как уже упоминалось выше, мы не знаем, как точно пересчитать концентрации вируса, необходимые для заражения клеток в культуре, на концентрации, требуемые для реального заражения. Кроме того, исследователи распыляли раствор с очень высокой начальной концентрацией вирусных частиц – в слюне и мокроте реальных больных их гораздо меньше. А значит, через то же время и на поверхности останется совсем мало патогена.
Еще один интересный момент: время, через которое вирус еще определялся в каких-то значимых количествах, в двух статьях, которые мы обсудили выше, существенно отличалось для одних и тех же поверхностей. SARS-CoV-2 заметно дольше детектировался в той работе, где ученые не распыляли, а капали вирус. Вероятно, расхождения как раз связаны с размером попадающих на поверхность капель: маленькие капельки высыхают значительно быстрее, поэтому вирус инактивируется раньше. Но в любом случае такие различия, полученные в лабораторных условиях, заставляют предполагать, что в реальной жизни картина будет еще какой-нибудь третьей.
Какой вывод можно сделать из всех этих сложных рассуждений? Установленные учеными предельные цифры по времени, после которых вирус уже не обнаруживается, – это абсолютный максимум. Скорее всего (даже наверняка), количество вирусных частиц становится слишком маленьким для заражения намного раньше этого срока. Большинство поверхностей уже через несколько часов должны быть вполне безопасными. Но вот сколько это – «несколько часов» – неизвестно. Так что по-прежнему стоит соблюдать меры гигиены, мыть руки, приходя с улицы, не лезть грязными руками к лицу. Но носить везде перчатки, маниакально меняя их каждые пять минут, точно не стоит. Тем более что косвенные данные свидетельствуют: опасность контактного способа передачи SARS-CoV-2 очень сильно переоценена.
В первые пару месяцев эпидемии из каждого утюга сообщали, как важно мыть руки после любого возможного взаимодействия с патогеном: не меньше 20 секунд, с мылом, тщательно тереть ладони, тыльную часть и пространство между пальцами. Кроме того, эксперты советовали протирать все, что только возможно, спиртом, хлорсодержащими средствами или санитайзерами. Эти рекомендации были основаны на условном здравом смысле – лучше перестраховаться, чем проявить беспечность – и немножко на данных, полученных для других респираторных инфекций, в первую очередь гриппа, хотя и для него существенный вклад заражения через поверхность тоже не показан: относительно убедительные доказательства есть только о прямой передаче через загрязненные руки{37}. Как точно распространяется именно SARS-CoV-2, на тот момент было неизвестно. Но по мере изучения нового коронавируса стало ясно, что через загрязненные поверхности – так называемые фомиты – люди заражаются намного реже, чем считалось. Проанализировав историю нескольких тысяч ранних кейсов из Уханя и сопоставив результаты с созданной ими математической моделью, биоинформатики из Оксфордского университета заключили, что на контактный путь передачи приходится около 6 % всех случаев инфицирования коронавирусом{38}.
ОСОБАЯ ЗОНА
Выводы об относительно малой значимости заражения через фомиты, похоже, не относятся к больницам, где лежат больные COVID-19. Сразу в нескольких работах было показано, что поверхности, личные и общие вещи пациентов и персонала – например, мобильные телефоны, планшеты, компьютерные мыши, пульт от палатного телевизора, медицинская аппаратура и так далее – сильно загрязнены вирусной РНК, особенно в палатах интенсивной терапии{39}{40}. Это не означает, что на них присутствуют активные вирусные частицы – ученые определяли присутствие SARS-CoV-2, проверяя соскобы и смывы на наличие вирусной РНК. Такой косвенный способ намного проще и быстрее: для того чтобы выделить собственно вирус и определить, достаточно ли его для заражения, необходимо проводить долгие эксперименты в лаборатории класса BSL-3. Возможность проделывать такие манипуляции есть у редких исследовательских групп. Но можно предположить, что хотя бы в первые часы после того, как больные касались всех этих вещей, попавший на них вирус сохраняет активность (впрочем, достаточно ли ее для заражения – неизвестно, дело опять же в концентрации). А учитывая постоянный контакт персонала с загрязненными поверхностями, врачам и медсестрам следует как можно строже соблюдать меры гигиены и использовать СИЗ – средства индивидуальной защиты (маски, очки, специальные костюмы и т. д.).
