COVID-19: гонка вооружений

Каким образом вирус SARS-CoV-2 корректирует ошибки при транскрипции своего генома? Как эта способность связана с безуспешностью клинических испытаний ремдесивира? И можно ли считать эти испытания окончательно проваленными? На вопросы Юлии Черной отвечает Дмитрий Жарков, член-корр. РАН, директор Центра перспективных биомедицинских исследований НГУ, зав. лабораторией геномной и белковой инженерии Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН.

— Эксперты говорят, что SARS-CoV-2 умеет «исправлять ошибки» при транскрипции, редактировать свой геном. Расскажите, пожалуйста, как устроен этот механизм.

— На сегодняшний день известно три способа «исправления ошибок» в генетическом материале. Первый — просто их не допускать. Полимераза (фермент, главной биологической функцией которого является синтез полимеров нуклеиновых кислот. — Ред.) может быть настолько точной, что изначально практически не допускает ошибок. Этот механизм мы можем наблюдать у эукариот и у некоторых бактерий. Но у вирусов он не работает.

Второй механизм — коррекция. Если встроенный нуклеотид не соответствует матрице, некоторые полимеразы могут его вырезать и продолжать синтез дальше, либо нуклеотид заменяет отдельный специальный белок — экзонуклеаза, который или работает в комплексе с полимеразой, или может ее временно заменять на растущем конце цепи ДНК или РНК.

Третий способ — репарация. При этом способе исправления специальные белки уже после окончания процесса репликации «находят ошибки» и чинят геном. Этот способ известен в первую очередь для ДНК. Есть редчайшие случаи репарации у вирусов после повреждения ультрафиолетом.

Первый способ можно сравнить с очень грамотным человеком, который просто не допускает грамматических ошибок. Второй — с человеком, который пишет и по ходу исправляет. Третий — с редактором, который исправляет ваши ошибки уже после написания текста.

Есть предположение, что у некоторых вирусов существует механизм коррекции (то есть возможность исправлять ошибки, «находя их по ходу»). Но долгое время эта область оставалась малоизученной.

Самым популярным и актуальным объектом исследования точности репликации вирусов до недавнего времени считался вирус иммунодефицита человека. У него коррекции нет. Этот вирус при синтезе ДНК делает просто огромное количество ошибок — одну на тысячу нуклеотидов. В итоге у одного больного ВИЧ в организме могут с течением заболевания возникать разные формы вируса.

В 1980–1990-е годы обсуждалась идея наличия РНК-зависимой полимеразы у вируса гриппа, но к единому мнению тогда не пришли. В 2006 году у коронавируса человека, а потом и у коронавируса мышей открыли экзонуклеазу, способную выполнять корректирующую функцию. Механизм ее работы до сих пор до конца неясен: вытесняет ли она полимеразу, или та подвигается, но в итоге у белка появляется возможность удалить «нуклеотид с ошибкой». Очень вероятно, что у SARS-CoV-2 такая корректирующая экзонуклеаза тоже есть.

— Значит ли это, что SARS-CoV-2 мутирует медленнее и у нас не будет таких проблем с многочисленными штаммами, которые есть у человечества с гриппом?

— У вируса гриппа есть специальный механизм, который повышает генетическое разнообразие этих вирусов. Если в клетке хозяина оказались одновременно два разных штамма, то вирусы могут обменяться сегментами при сборке вирусных частиц, что приведет к появлению нового штамма. Этот механизм называется реассортацией. У SARS-CoV-2 реассортации нет или, по крайней мере, она происходит крайне редко. Учитывая это, а также наличие механизма коррекции, логично ожидать, что он будет менее изменчив.

Тем не менее уже доказано (данные секвенирования вирусных геномов доступны), что в Китае, Италии и в CША распространены немного разные штаммы коронавируса COVID-19. Скорее всего, был лишь один момент перехода от животных к человеку, а наблюдаемые штаммы — результат эволюционного процесса. Насколько накапливаемые мутации способствуют патогенезу, вопрос спорный. Как правило, эволюция вирусов идет от большей патогенности к меньшей. (Для успешного существования вирусу нужно заражать новых хозяев, а для этого требуется, чтобы предыдущие хотя бы дожили до момента заражения.)

При этом нужно понимать, что мутагенез и закрепление мутаций в популяции, конечно, связаны, но лишь косвенно. Разнообразие зависит еще и от того, какие именно мутации в популяции закрепляются. Одни мутации закрепляются случайно, другие способствуют выживаемости и, соответственно, лучше и эффективнее передаются большему количеству потомков; третьи, ­наоборот, уменьшают приспособляемость, и вирус либо погибает, либо оставляет меньше потомков.

— Поясните, пожалуйста, что именно происходит с лекарством ремдесивир? Изначально были оптимистичные новости о том, что оно прекрасно работает. Затем оптимизм поубавился: сбои в работе препарата связывали как раз с механизмами коррекции. А 23 апреля произошла утечка информации: на сайте Всемирной организации здравоохранения якобы по ошибке был опубликован отчет, согласно которому ремдесивир не работает совершенно.

— Ремдесивир — это прекрасно придуманный препарат против вируса Эбола с очень интересным механизмом действия. Причем как лекарство от Эболы он клинических испытаний пока не прошел, сейчас он находится в третьей фазе — испытания эффективности на людях. Но в культурах клеток ремдесивир показывал хорошие результаты и на других РНК-вирусах. Само лекарство — это вещество-предшественник, которое активируется в клетках, превращаясь в нуклеозидтрифосфат. А уже он встраивается в растущую цепочку РНК и через некоторое время останавливает ее синтез. Это не первая попытка сделать лекарства в виде «сломанных нуклеотидов», которые включаются в строящуюся цепочку. Проблема в том, что механизм коррекции у вирусов такую ошибку поправляет — и процесс продолжается. Создателям ремдесивира удалось добиться того, что синтез РНК обрывается не сразу, так как встраивается еще несколько нуклеотидов. После этого корректирующая полимераза уже не видит ошибку. По крайней мере, так этот механизм работал in vitro. Впрочем, ситуация, когда препарат отлично работает на клеточной культуре и не работает в организме, встречается нередко. По разным оценкам, только от 2% до 10% препаратов нормально проходят клинические испытания. Остальные отсеиваются по разным причинам: оказываются сильно токсичными; работали in vitro, на мышах, но не работают на людях, и т. д. То есть, пока клинические испытания не завершены, мы не знаем точно, будет ли работать этот препарат в организме. И тем более не знаем, как он в организме будет работать с РНК вируса SARS-CoV-2.

Кроме того, надо понимать, что мы с вами не ­ознакомились с итоговым документом. Фирма «Гилеад», которая производит лекарство, допустила утечку информации об одном из нескольких идущих испытаний. В принципе, двойные слепые клинические испытания лекарств устроены так, что результаты расшифровываются только после окончания исследования. Поэтому, я думаю, нам стоит дождаться официального сообщения.

— Как вам кажется, наличие механизма коррекции у SARS-CoV-2 — это хорошая новость или нет? Увеличивает это шансы создать вакцину?

— Любая новая информация — это хорошо. Безусловно, она повлияет на улучшение лекарств с механизмом, аналогичным тому, что есть у ремдесивира, и на создание новых лекарств.

А вот для создания вакцины — то есть не лечения, а предупреждения болезни — механизмы появления мутаций неважны. Тут гораздо важнее знать разнообразие как самих вирусов, так и антител, которые на них реагируют.

Учитывая историю других четырех коронавирусов, которые «перепрыгивали» на людей, я бы ожидал, что SARS-CoV-2 достаточно быстро приспособится к человеку и снизит свою патогенность. Но когда именно это в точности произойдет — сейчас сказать невозможно.

Дмитрий Жарков
Беседовала Юлия Черная

1. Eckerle L.D., Lu X., Sperry S.M., Choi L., Denison M.R. High fidelity of murine hepatitis virus replication is decreased in nsp14 exoribonuclease mutants. J Virol. 2007;81(22):12135–44
2. Minskaia E., Hertzig T., Gorbalenya A.E., Campanacci V., Cambillau C., Canard B., Ziebuhr J. Discovery of an RNA virus 3′->5′ exoribonuclease that is critically involved in coronavirus RNA synthesis. Proc Natl Acad Sci USA. 2006;103(13):5108–13
3. Agostini M.L., Andres E.L., Sims A.C., Graham R.L., Sheahan T.P., Lu X., Smith E.C., Case J.B., Feng J.Y., Jordan R., Ray A.S., Cihlar T., Siegel D., Mackman R.L., Clarke M.O., Baric R.S., Denison M.R2. Coronavirus Susceptibility to the Antiviral Remdesivir (GS-5734) Is Mediated by the Viral Polymerase and the Proofreading Exoribonuclease.mBio. 2018 Mar 6;9(2). pii: e00221-18. doi:10.1128/mBio.00221-18