Коронавирусы: кто съел летучую мышь?

Во второй видеолекции из серии «Коронавирус: новые данные» [1], прочитанной 11 апреля, профессор Нетёсов подчеркнул, насколько важно сейчас диагностировать бессимптомное носительство коронавируса. Он рассказал о таксономии семейства коронавирусов и сравнил летальность нового вируса с теми, что ранее вызывали эпидемии атипичной пневмонии, «свиного» и обычного сезонного гриппа.

Кроме того, лектор обращает внимание, что за последние два месяца эпидемиологическая ситуация в мире изменилась очень сильно. На момент сдачи номера в печать число выявленных случаев болезни достигло 2,5 миллионов. Умерших, согласно официальным подсчетам, более 165 тысяч, и эти цифры с каждым днем заметно растут.

В нынешней эпидемиологической ситуации людям важно получить объективную информацию — она позволяет осознанно применять меры безопасности. Тогда мы имеем шансы если не победить эту эпидемию, то хотя бы предельно минимизировать ее последствия. Но для начала хотелось бы напомнить некоторые сведения о коронавирусах. Они были открыты в середине 1960-х годов. Когда вирусологи впервые увидели вирусную частицу в электронный микроскоп, они подумали, что ее форма больше всего напоминает солнце с солнечной короной. Именно поэтому такие частицы назвали коронавирусами.

Давайте рассмотрим структурную модель коронавируса. Видно, что этот вирус имеет липидную оболочку. В этой липидной оболочке есть встроенные три типа белков, которые и образуют, собственно говоря, корону. Первый из них — белок шипов, или, по-английски, спайк-белок, его также могут обозначать буквой S. Он действительно далеко выступает за оболочку и образует подобие ореола вокруг вируса. Далее, в мембрану встроены белок оболочки E и мембранный М-белок, которые совсем немного выступают за границы липидной мембраны, и пока непонятно, какую роль они играют в выработке иммунитета на этот вирус. Наконец, внутри самой липидной оболочки находится геномная РНК в комплексе с белком нуклеопротеином — N. Этот белок — самый массовый белок вирусной частицы.

Важно отметить, что геном этого вируса по величине самый большой среди РНК-содержащих вирусов. У коронавирусов его размеры колеблются от 27 до 32 тыс. нуклеотидов. Что касается РНК-вирусов именно человека, то размеры их геномов составляют примерно 29 тыс. нуклеотидов. Мы видим, что здесь закодировано несколько белков — не меньше, чем, например, у вируса клещевого энцефалита или энтеровирусов.

В структуре генома альфа-коронавируса человека 229Е и бета-коронавируса гепатита мышей (рис. 2) можно увидеть два очень больших белка: 1a и 1b [2]. Это РНК-полимеразы вируса с двумя разными функциями. Одна из них имеет прямое отношение к размножению вирусов, поскольку размножает вирусную рибонуклеиновую кислоту. Вторая полимераза синтезирует матричную РНК на различных участках генома, чтобы потом на их матрицах рибосомы синтезировали вирусные белки.

Таксономия коронавирусов

Семейство коронавирусов состоит из двух подсемейств, и только к одному из них, Orthocoronavirinae, относятся собственно коронавирусы (рис. 3). Это подсемейство состоит из четырех родов: альфа, бета, гамма, дельта, а каждый из родов имеет еще и подроды. Нас интересуют только два рода: это Alphacoronavirus и Betacoronavirus. В род альфа-коронавирусов входят два коронавируса человека, которые вызывают обычные простудные заболевания и известны еще с ­1960-х годов. К бета-коронавирусам относятся два обычных коронавируса человека и, кроме того, те три разновидности коронавирусов, которые вызывали эпидемии в мире в течение последних 20 лет.

Надо сказать, что подсемейство коронавирусов оказалось очень обширным: коронавирусы вызывают инфекции, иногда довольно серьезные, у свиней, лошадей, собак, кошек, летучих мышей, разных видов обычных мышей, крыс, других грызунов, сурков, дикобразов, панголинов, ежей, птиц, китов-белух и т. д. Это уже давно вызвало необходимость разрабатывать вакцины против коронавирусных инфекций тех животных, которые нам очень нужны: мы используем их в пищу или как домашних питомцев.

Среди последних коронавирусов известен в первую очередь SARS-CoV-1 — вирус атипичной пневмонии 2002–2003 годов. По-русски он называется ТОРС-коронавирус: вирус тяжелого острого респираторного синдрома. Следующим стал вирус ближневосточного респираторного синдрома, или MERS-коронавирус. Он был обнаружен в 2012 году в Саудовской Аравии, перешел к человеку от верблюдов. К сожалению, вирус продолжает циркулировать и сейчас, но только в очень немногих странах, где есть розеттовые летучие мыши и верблюды. Наконец, SARS-CoV-2 — название нынешнего коронавируса. Его не надо путать с названием болезни — CoViD-19: название болезни утверждает Всемирная организация здравоохранения, а название вируса — Международный комитет по таксономии вирусов.

Поведение вируса в природе

Говоря о прошлых вспышках, надо понимать масштабы эпидемии. ТОРС-коронавирус привел более чем к восьми тысячам случаев заболевания и 770 смертям примерно в 33 странах. А вирус ближневосточного респираторного синдрома с 2012 года вызвал уже более двух с половиной тысяч случаев. Смертность от него гораздо выше — более 800 человек умерло от последствий заражения этим вирусом. Давайте расс­мотрим клинические проявления вируса aтипичной пневмонии, которые уже твердо установлены (и есть определенные соотношения этих форм) и которые характерны также для нынешнего коронавируса.

Первая форма проявления — ­асимптоматическая, или мягкое респираторное заболевание, которого человек чаще всего не ощущает или почти не замечает. При этом заболевшие выделяют вирусы и являются распространителями, тем более что их не помещают, как правило, в больницу. Поэтому на них надо обращать самое пристальное внимание, особенно когда мы знаем, что вирус очень контагиозен и коэффициент его распространения довольно велик.

Второй вид — умеренное течение. При этом люди, как правило, переносят заболевание дома или в обычных палатах обычной больницы.

Третья форма — тяжелое респираторное заболевание с воспалением легких (воспаление вначале вирусное, потом к нему присоединяется бактериальная инфекция). Именно этих пациентов надо лечить в палатах интенсивной терапии, которые сейчас переполнены почти во всем мире.

Формы проявления нынешней инфекции еще недостаточно изучены, но, судя по проценту заболевших, по тяжести и течению, по отдельным клиническим признакам, картина на 90% выглядит так же, как при атипичной пневмонии 2002–2003 годов.

Мы знаем, что вирус ближневос­точного респираторного синдрома (MERS-coronavirus) поначалу встречался только в Саудовской Аравии. Там бдительность проявил один врач, который понял, что видит что-то необычное, и послал пробы в европейский центр по изучению коронавирусов и других респираторных вирусов в Роттердаме. Довольно быстро он получил ответ, и тогда же были разработаны диагностические тест-системы на это заболевание, а потом сделаны и ретроспективные исследования. В результате выяснилось, что этот вирус появился в человеческой популяции не позднее 2007 года, и тогда он вызывал лишь единичные случаи заболевания. А первая значительная вспышка случилась только в 2012 году. Когда изучили природу этого заболевания, выяснилось, что в основном люди получали его от верблюдов, которые болели почти бессимптомно и при этом были хроническими носителями вируса. Лишь в нескольких случаях MERS не был ассоциирован с верблюдами, когда люди контактировали с теми, кто уже был болен.

Надо сказать, что это заболевание искоренить не удалось, потому что для этого потребовалось бы искоренить верблюдов. Поначалу думали, что можно искоренить летучих мышей, от которых инфекция перешла к верблюдам, но ведь тамошних летучих мышей трудно даже поймать. А потом, в природе их очень много. Поэтому проще защитить верблюдов. Именно для верблюдов и начали разрабатывать вакцину, которая, насколько я знаю, сейчас уже проходит клинические испытания в странах Аравийского полуострова.

С декабря 2012 года по 9 января 2020 года Всемирная организация здравоохранения получила данные о 2494 лабораторно ­подтвержденных случаях инфицирования MERS, из которых 858 (34,4%) закончились смертельным исходом. Понятно, что заболевание очень серьезное и, конечно, стоит разрабатывать вакцину для верблюдов, с тем чтобы люди от них не заражались. Верблюды, которые переносят ­заболевание, — одногорбые, они живут далеко не везде, и можно, по крайней мере пока, не беспокоиться за те страны, где есть только двугорбые верблюды.

CoViD-19: как мы болеем

Если посмотреть на динамику заболеваемости в мире новым коронавирусом SARS-CoV-2 [3], видно, что кривая до сих пор носит экспоненциальный характер, несмотря на то что Китай, где этот вирус возник, уже практически поборол вспышку. Сейчас прирост числа заболевших идет в основном за счет Западной Европы, США и некоторых других стран, где инфекция только набирает обороты. Россия сейчас находится фактически в начале эпидемии (даже не в середине), потому что число заболевших ежедневно прирастает. Надо сказать, что карантин, который у нас введен, не бесполезен, потому что на коллекционный перевод этого вируса в среднем уходит от 7 до 14 дней, иногда меньше или больше, и поэтому карантинные меры начнут сказываться только через 2 недели после их введения. Нам придется набраться терпения и ждать, чтобы увидеть результаты карантина.

К истории злодея нашего времени

Уже к 10 января были секвенированы десять геномов CoViD-19. Было показано, что в наибольшей степени эти геномы гомологичны вирусам летучих мышей, и эта гомология достигает примерно 90%. Более того, сами вирусы, выделенные от человека, лишь незначительно отличаются друг от друга. Зато они очень сильно, примерно на 20%, отличаются от вируса атипичной пневмонии 2002–2003 годов. Это говорит о том, что нынешний вирус не возник от тех же летучих мышей, и он не возник из того старого вируса. CoViD-19 — новый вирус, и это знание нам пригодится впоследствии. Поскольку различия между вирусами, выделенными от разных людей, очень небольшие, первичным источником инфекции был, вернее всего, только один больной.

Следующие цифры помогут представить масштабы исследовательской работы, которая ведется сейчас в мире: уже секвенировано более 2200 геномов разных изолятов от людей, несколько сот новых изолятов от летучих мышей и несколько изолятов от различных животных. Первоначально считалось, что панголины были промежуточными хозяевами на пути вируса летучих мышей к человеку. Но сейчас выдвигается еще несколько гипотез, потому что выяснилось, что кошки или собаки тоже могут быть промежуточными хозяевами. Почему этого не удалось узнать сразу? Потому что как только узнали, что заражение произошло на рынке или около него, этот рынок не просто ликвидировали — его сразу же в буквальном смысле уничтожили вместе со всеми животными и другими организмами, которые там были.

На рис. 4 изображено обобщенное филогенетическое древо подсемейства коронавирусов. Разными цветами обозначены разные роды. Нынешний вирус SARS-CoV-2 относится к роду бета-коронавирусов. Звездочками обозначены современные изоляты, которые были выделены во время нынешней эпидемии. В той же ветке — изоляты вируса атипичной пневмонии (TOPC-коронавируса), но они не особо близки нынешнему коронавирусу — всего около 80% идентичных нуклеотидов; а изоляты верблюжьего коронавируса — в принципиально другой ветви — слева, 2с. Видно, что последние весьма далеки эволюционно от нынешнего коронавируса.

Четыре вида коронавирусов уже давно известны как патогены человека, вызывающие респираторные инфекции и имеющие родство с вирусами летучих мышей, но не перешедшие на человека непосредственно от них. Этот процесс перехода начался не двадцать и не пятьдесят лет назад, а, может быть, несколько сотен или даже тысяч лет назад, и этот процесс не останавливается. При этом коронавирусы перешли на человека не непосредственно от летучих мышей, но через какого-то промежуточного хозяина. Такими промежуточными хозяевами могли быть, например, коровы, свиньи, козы, овцы или какие-то другие животные, которые близки человеку гораздо больше, чем летучая мышь. У нас сейчас есть данные обо всех трех коронавирусах, которые возникли в течение последних 20 лет и которые поражали человека: это, например, ТОРС-коронавирусы, которые произошли от вируса летучих мышей, прошли промежуточные пассажи на пальмовых циветтах и после этого перекинулись на человека. А вирус ближневосточного респираторного синдрома произошел от коронавируса египетских летучих мышей и, как уже говорилось, добрался до человека через верблюдов. Этих летучих мышей удалось культивировать в неволе, и сейчас они служат вирусологам моделью для исследования коронавирусов. Нынешний коронавирус тоже произошел от летучих мышей, но от совершенно другой их разновидности. Возможно, его промежуточными хозяевами были либо панголины, либо какие-то домашние животные — вернее всего собаки или кошки. Какие именно, думаю, станет ясно в течение ближайших двух-трех месяцев. Подозрения уже есть.

Сергей Нетёсов, докт. биол. наук, профессор, член-корр. РАН,
зав. лабораторией биотехнологии и вирусологии факультета естественных наук
Новосибирского государственного университета

Расшифровка лекции:
Мария Молина

1. youtube.com/watch?v=zrcHaiSbU6Q
2. Организация генома альфа-коронавируса человека: Fields Virology. 6th ed. Wolters Kluwer, Lippincott-Williams & Wilkins. Philadelphia–New York. 2013.
3. Динамика заболеваемости: gisanddata.maps.arcgis.com