Коронавирус: вирус обеспечивает скачок в научном понимании

Коронавирус: вирус обеспечивает скачок в научном понимании

Рабочий забирает сбежавшую гигантскую саламандру, пойманную на рынке морепродуктов Хуанань, который был закрыт из-за его связи с распространением Covid-19, в Ухане, 27 января 2020 года.
Рабочий забирает сбежавшую гигантскую саламандру с рынка морепродуктов, который был закрыт из-за его связи с распространением коронавируса, в Ухане, январь 2020 г.

В январе 2020 года два ученых опубликовали полный генетический код коронавируса, который вскоре должен был нанести ущерб всему миру. Это ознаменовало начало года интенсивных и быстрых научных усилий по разработке того, как мы можем бороться с вирусом.

У Эдди Холмса был генетический план коронавируса ровно 52 минуты, прежде чем он выложил его в Интернет.

Профессор Холмс работает в Сиднейском университете, где он работает над проблемой возникновения инфекционных заболеваний — областью исследований, которая внезапно оказалась в центре внимания в начале 2020 года. В течение нескольких лет он тесно сотрудничал с профессором Йонг- Чжэнь Чжан, работавший в Китайском центре контроля заболеваний в Пекине.

Профессор Чжан секвенировал геном вируса, который закрыл мир.

Профессор Чжан и профессор Холмс исследуют крысу в ловушке во время исследовательской поездки по инфекционным заболеваниям в Китай в 2013 году.
Профессор Чжан и профессор Холмс исследуют крысу в ловушке во время исследовательской поездки по инфекционным заболеваниям в Китай в 2013 году.

Он собрал образцы, взятые у некоторых из первых пациентов в Центральной больнице Ухани, где возникла группа загадочных случаев пневмонии. Многие из этих пациентов были связаны с рынком морепродуктов и дикой природы в Ухани.

Когда он изучил код, профессор Чжан сразу понял, что это коронавирус. Он был очень похож на Сарс — респираторное заболевание, вызвавшее смертельную вспышку в Азии в 2002 году.

«Это было 5 января», — вспоминает профессор Холмс. «И мы просто подумали, о нет. Это снова Сарс».

Медицинские работники в защитных костюмах с пациентами с Covid-19 в Ухане, Китай, 6 февраля 2020 г.
Медицинские работники в защитных костюмах с пациентами с Covid-19 в Ухане, Китай, февраль 2020 г.

Но этот код — этот вирус — был другим. Это было ново. Профессор Чжан и профессор Холмс быстро представили документ, в котором описали то, что они видели, и, по прошествии недели, возникло множество спекуляций общественного здравоохранения о том, что новый вирус может быть запущен в социальных сетях.

«Я не спал», — говорит мне профессор Холмс. «Это давило на мою совесть». В Сиднее 11 января профессор Холмс позвонил своему коллеге в Китае и попросил разрешения опубликовать этот эпизод. «Чжан был в самолете, пристегнутый ремнями к креслу, — вспоминал профессор Холмс. «Он сказал мне, что ему нужно подумать об этом — было некоторое давление, чтобы не публиковать слишком много информации о вспышке.

Чжан и Холмс с коллегами в центральной больнице Ухани
Профессор Холмс (справа) посетил центральную больницу Ухани вместе с профессором Чжаном и исследователями из Уханьского центра по контролю заболеваний в 2016 году.

«Он перезвонил мне примерно через минуту и ​​сказал:« Хорошо, давай сделаем это »».

Исследователь из лаборатории профессора Чжана отправил генетический код Эдди Холмсу по электронной почте, который позвонил своему коллеге из Эдинбурга, Великобритания. «Там было около 01:00, — вспоминает профессор Холмс.

В последующие 52 минуты ученые вместе написали краткое сообщение, в котором объясняли, что они «высвобождают геном коронавируса из случая респираторного заболевания, вызванного вспышкой в ​​Ухане», и загрузили код. В их сообщении говорится, что исследователи должны «свободно скачивать, делиться, использовать и анализировать эти данные».

Благодаря этому сообщению полный геном Sars CoV-2 — код, из которого создается коронавирус, — был доступен любому ученому, имеющему подключение к Интернету.

Это стало началом 12 месяцев головокружительных научных усилий. Если вы выполните поиск в Национальной медицинской библиотеке США — базе данных опубликованных медицинских научных исследований — на предмет упоминания Covid-19 , вы получите более 90 000 результатов.

«Если бы мы не сотрудничали с коллегами в Китае — если бы я не работал с Чжаном и не разговаривал с ним, — эта сцена не вышла бы в онлайн так рано, как это произошло», — говорит профессор Холмс.

В тот же уик-энд ученые американской фармацевтической компании Moderna, которая ранее никогда не выпускала продукт на рынок, загрузили геном и начали работу над своей экспериментальной вакциной. Ученые Pfizer сделали то же самое.

Существует несколько методов — традиционных и экспериментальных — для создания вакцин, но Moderna и Pfizer используют экспериментальный подход, основанный на так называемой мРНК (или рибонуклеиновой кислоте-мессенджере). Терминология полна, но она описывает более простой и быстрый подход к производству вакцин. И пандемия подтолкнула его к финишной черте.

Маргарет Кинан, 90 лет, в университетской больнице Ковентри - первый пациент в Великобритании, получивший вакцину Pfizer-BioNTech Covid-19 - декабрь 2020 г.
Маргарет Кинан, 90 лет, которая стала первым человеком, получившим вакцину Pfizer-BioNTech вне испытаний, в декабре 2020 года.

Вакцинация в основном основана на «демонстрации» вашей иммунной системе возбудителя болезни, чтобы она могла сформировать биологическую память и быть подготовленной к борьбе с ним. Для многих существующих вирусных вакцин это означало создание версий или частей самого вируса — часто фрагментов вирусного белка, лишенных своей болезнетворной способности. Они выращиваются внутри куриных яиц, упаковываются и вводятся инъекциями.

ЧИТАЮТ ТАКЖЕ  Сколько стоит доллар? Сколько стоит доллар в понедельник, 9 марта? Что происходит с долларом?

«Чтобы вырастить достаточно этих вещей, может потребоваться очень много времени — иногда годы», — объясняет профессор Роберт Лангер, один из основателей Moderna и профессор химической инженерии Массачусетского технологического института (MIT) в Кембридже, США. «С мРНК — вы используете организм как фабрику для производства этого белка. Поэтому вместо того, чтобы иметь гигантское растение со всеми этими яйцами для выращивания ваших белков, вы просто создаете мРНК, даете ее пациенту, а пациент делает все остальное. «

Информационная РНК — это короткая последовательность закодированных генетических инструкций для белка, который вы хотите производить в клетке.

«Я работал над этой технологией десятилетиями, — говорит профессор Лангер. «На самом деле это девятая мРНК-вакцина, разработанная Moderna». Другие, в том числе вакцины, предназначенные для того, чтобы заставить иммунную систему людей бороться с собственным раком, все еще проходят клинические испытания.

«Но когда разразилась пандемия, эта технология позволила делать все как можно быстрее».

В настоящее время на той или иной стадии разработки находится более 150 вакцин против коронавируса. Но мРНК-вакцина Pfizer, разработанная в партнерстве с немецкой компанией BioNTech, была первой, получившей разрешение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США. За ней быстро последовала вакцина Модерна — менее чем через год после того, как ученые впервые загрузили геном, на котором она была основана.

Исследователь в лаборатории Оксфордского института Дженнера, работающий над вакциной против коронавируса, разработанной AstraZeneca и Оксфордским университетом, декабрь 2020 г.
Исследователь в лаборатории Оксфордского института Дженнера, работающий над вакциной против коронавируса, разработанной AstraZeneca и Оксфордским университетом.

Лишь в конце января Всемирная организация здравоохранения назвала вспышку коронавируса «чрезвычайной ситуацией в области общественного здравоохранения, имеющей международное значение». И только до марта ВОЗ официально объявила пандемию. Попытки понять вирус — выяснить, откуда он взялся, как лечить его и узнать, как он развивается — уже продвигались почти так же быстро, как и пандемия.

«С этим геномом нам не нужен был настоящий вирус», — объясняет доктор Далан Бейли из британского Института Пирбрайта. «Мы могли взять этот код и фактически получить синтезированную часть вируса, которую мы хотели изучить [используя геном в качестве чертежа], и поместить ее в нашу лабораторию в течение нескольких дней.

«Это определенно позволило нам начать наши исследования намного быстрее».

Иллюстрация связывания коронавируса с клеткой человека
Иллюстрация связывания коронавируса с клеткой человека

Доктор Бейли и его коллеги изучают, как коронавирус захватывает и захватывает каждую клетку. Ключом к этому являются те всплески, которые мы сейчас видим на каждом графическом изображении сферической структуры коронавируса. Спайк-белок не только является ключом к проникновению вируса в клетку, но и является той частью вируса, которая наиболее часто распознается нашей иммунной системой, поэтому понимание его формы и функции имеет решающее значение для оптимизации вакцин.

К концу марта, когда многие европейские страны были заблокированы, китайские ученые нанесли на карту точную атомную структуру этого белка-шипа .

Зная, как этот белок выглядит физически, исследователи могут выяснить, как с ним связываются антитела. Это очень важно, потому что антитела — это белки памяти иммунной системы. Иммунные клетки вырабатывают антитела, соответствующие конкретному захватчику — возможно, вирусу, с которым они ранее встречались в виде вакцины. Затем антитела захватывают его и маркируют для разрушения. «Таким образом, это в конечном итоге помогает нам разрабатывать лучшие вакцины», — пояснил д-р Бейли.

В течение летних месяцев в северном полушарии ограничения (временно и периодически) ослабли, но международная напряженность — нет. Даже когда президент США Дональд Трамп пытался обвинить Китай в «развязывании чумы», ученые в США и Китае продолжали работать вместе. К июню ученые из обеих стран совместно провели более 120 исследований Covid-19 .

Президент Бразилии Жаир Болсанаро, которая остается одной из стран, наиболее пострадавших от пандемии, сделал необоснованные, очень ненаучные заявления о том, что бразильцы каким-то образом «невосприимчивы» к этой болезни. Между тем, ученые там, как сообщается, субсидируют свои собственные исследования Covid в условиях национального финансового кризиса.

Си Цзиньпин и Дональд Трамп на составном изображении
Между США и Китаем разгорелась политическая напряженность, но ученые из обеих стран продолжали сотрудничать в исследованиях Covid-19.

В рамках одной крупной международной инициативы под названием « Инициатива по генетике хозяев Covid-19» исследователи из исследовательских центров в Европе, Азии и Северной Америке поделились данными о том, как наши собственные гены могут повлиять на то, насколько мы больны коронавирусом.

ЧИТАЮТ ТАКЖЕ  Элон Маск говорит, что Уоррен Баффет не может быть «добрым дедушкой», которого он представляет публике

Нет однозначного и простого ответа на вопрос, почему у некоторых людей вообще нет симптомов, в то время как другие серьезно заболевают Covid-19. Но многие из этих попыток решить эту загадку были сосредоточены на «замке» наших клеток, который вирус использует для получения доступа.

Это называется рецептором Ace-2. Это биологический замок, который в процессе эволюции открывался химическими ключами, встречающимися в природе. Этот механизм является фундаментальным для биохимического механизма, который постоянно работает в здоровых клетках. Например, Ace-2 может использоваться белками, которые регулируют наше кровяное давление в качестве дверного проема клетки.

Однако коронавирус умно (и, к сожалению) эволюционировал, чтобы соответствовать тому же замку.

Как и любой строительный блок нашего тела, точная форма и функция наших рецепторов Ace-2 записаны в наших генах, что дает исследователям ценные сведения о том, кто наиболее уязвим для Covid-19.

Сотрудник обслуживает пациента в отделении интенсивной терапии Королевской больницы Папуорт, Кембридж, Великобритания, 5 мая 2020 г.
Сотрудник обслуживает пациента в отделении интенсивной терапии Королевской больницы Папуорт, Кембридж, Великобритания, май 2020 г.

Хотя не существует единой закодированной подсказки, позволяющей предсказать, насколько мы можем заболеть от Covid, несколько исследований пациентов выявили различия в генетической схеме индивидуального рецептора Ace-2, которые могут быть связаны с серьезностью их болезни.

Одно интригующее генетическое исследование, проведенное немецкими и японскими учеными, показало, что ген, унаследованный нами от неандертальцев, обеспечивает код дополнительного «биологического прохода», который вирус может использовать для захвата наших клеток.

Изучение формы рецептора Ace-2 у других видов также дает подсказки о других животных, которые могут быть восприимчивы к коронавирусу. Эти знания будут иметь решающее значение в будущих усилиях по борьбе с болезнью и предотвращению новых штаммов, таких как обнаруженная у выращиваемой норки в Дании, от дальнейших вспышек.

Норка собирается быть убитой на ферме в Юллинге, Дания, 14 ноября 2020 г.
Норка собирается убить на ферме в Юллинге, Дания, ноябрь 2020 г.

В разгар пандемии поиск любых потенциальных методов лечения по большей части зависел от перепрофилирования существующих лекарств. Изучая методы лечения, которые уже оказались безопасными, и глядя на то, как они работают, у исследователей были основания полагать, что у них есть хорошие шансы на борьбу с Covid. При отсутствии специальных методов лечения и тысячах пациентов в критическом состоянии это было неотложное медицинское исследование.

В мае в Великобритании началось крупнейшее в мире клиническое испытание под названием «Восстановление» для тестирования группы существующих методов лечения.

Результаты были неоднозначными, но в июне это испытание обеспечило прорыв — первое доказательство того, что дексаметазон, дешевый и широко доступный стероид, может снизить смертность от Covid-19. Другое испытание, проводимое в шести странах, включая Великобританию, недавно выявило еще два существующих препарата, которые могут спасти еще больше жизней .

Женщина в маске читает газету в поезде лондонского метро, ​​11 мая 2020 г.
Женщина в маске читает газету в поезде лондонского метро, ​​май 2020 г.

В долгосрочной перспективе многие ученые думают, что мы столкнемся с миром, в котором коронавирус всегда присутствует в глобальном населении на определенном уровне. «Таким образом, нам также потребуются новые лекарства, которые будут нацелены не только на этот вирус, но и на другие родственные вирусы, которые могут распространяться таким же образом», — объясняет доктор Стивен Гриффин, вирусолог из Университета Лидса.

Одно из направлений атаки, которое выглядит особенно многообещающим, — это группа препаратов, называемых ингибиторами протеазы .

«Основная цель, которую преследует каждый вирус, когда он проникает в клетку, — захватить ее и использовать механизмы внутри, чтобы копировать себя тысячи и миллионы раз», — объясняет доктор Гриффин. Для этого вирус заставляет клетку создавать свои собственные вирусные строительные блоки или белки.

Некоторые из наиболее важных вирусных белков состоят из одной длинной цепи, похожей на длинный рулон ленты. Таким образом, вирус также производит фермент, называемый протеазой, который разрезает участки ленты, необходимые для создания функционирующих копий самого себя.

«Протеаза имеет решающее значение для процветания вируса, а лекарственные препараты, нацеленные на нее, предотвращают некоторые из самых ранних стадий заражения, не позволяя вирусу копировать себя», — объясняет доктор Гриффин. Подобные препараты уже успешно используются против ферментов протеаз ВИЧ и гепатита С.

Полиция и протестующие на массовом митинге против вакцинации и правительственных ограничений Covid-19 - Трафальгарская площадь, Лондон, 26 сентября 2020 г.
Полиция и протестующие на массовом митинге против вакцинации и правительственных ограничений Covid-19 — Трафальгарская площадь, Лондон, 26 сентября 2020 г.

Во многих странах северного полушария вспышки возобновились осенью и зимой. Между тем ученые отслеживают каждое движение вируса и каждую мутацию.

Взяв мазок у инфицированного пациента, генетический код точной версии вируса, который их заразил, можно извлечь, амплифицировать и «прочитать» с помощью секвенсора, который представляет собой машину, которая может преобразовывать биологический код в строку букв. , или нуклеотиды. Это позволяет сравнивать целые геномы и обнаруживать определенные мутации.

ЧИТАЮТ ТАКЖЕ  Россияне рассказали, боятся ли шутить о политике в интернете - «Интернет»

«Также прилагаются огромные постоянные усилия как по отслеживанию мутаций, так и по оценке их воздействия», — поясняет доктор Люси ван Дорп из Университетского колледжа Лондона (UCL). Именно «благодаря этим усилиям и британским испытательным лабораториям недавно обнаруженный британский вариант был так быстро отмечен как потенциальная причина для беспокойства».

Вирусы постоянно мутируют, копируя себя в миллионах инфицированных тел. Но понимание того, какие версии вируса распространяются наиболее быстро, — выявление закономерностей в этом распространении — повлияло на ответные меры общественного здравоохранения и изменило отслеживание контактов.

В таких странах, как Новая Зеландия, где были обнаружены и взяты под контроль небольшие конкретные вспышки, контрактные трейсеры могут исследовать и сравнивать геномы на предмет ключей. Вот как регистрируются так называемые события сверхраспространения — когда все кластеры заражений используют один и тот же код.

В настоящее время исследователи секвенировали более 250 000 геномов Sars-CoV-2, которые были опубликованы на платформах открытых данных, таких как Next Strain. «Все это также будет использоваться при разработке вакцины», — говорит профессор Эдди Холмс, сиднейский ученый, разместивший первый вирусный геном в Интернете. В частности, вакцины с мРНК легко адаптируются с помощью нового набора генетических инструкций.

Вакцинация против Covid-19 в холодильнике аптечной лаборатории в Варшаве, Польша, 28 декабря 2020 г.
Вакцинация против Covid-19 в холодильнике аптечной лаборатории в Варшаве, Польша, декабрь 2020 г.

Несмотря на возможность наблюдать за его распространением и развитием почти в реальном времени, исследователи до сих пор не установили, откуда взялся вирус.

Ученые сходятся во мнении, что коронавирус, как и эбола, Мерс и Сарс1, возник в дикой природе. Но большинство экспертов также согласны с тем, что животное, от которого изначально «распространился» вирус, не было на этом рынке морепродуктов в Ухане.

Профессор Холмс теперь думает, что Ухань был точкой «распространения» вируса, а не источником. Но существуют разные мнения экспертов о том, как вирус перешел от летучих мышей к человеку, а отсутствие прямых доказательств в настоящее время делает решение этой эпидемиологической загадки практически невозможным.

Китайские официальные лица пришли к выводу, что вспышка, вероятно, началась где-то еще, и что переполненный рынок просто способствовал распространению болезни от человека к человеку. «Откровенно говоря, это могло произойти практически из любой точки Китая, — говорит профессор Холмс, — потому что Ухань — крупный туристический центр».

Эта выдающаяся загадка еще больше разочаровала экспертов по инфекционным заболеваниям, когда Китай недавно заблокировал въезд группы ВОЗ, которая была готова потратить недели на изучение доказательств этих самых ранних случаев. Но соединение всех нитей — от самых ранних известных случаев Covid до первоисточника вспышки — может занять годы, а не недели.

Хотя генетический код коронавируса все еще не может точно сказать нам, как началась пандемия, он показывает, что вирус произошел от летучих мышей. Генетически похожие вирусы — вероятные предки коронавируса — были обнаружены в колониях летучих мышей в других местах Китая. Исследователи возникающих болезней соглашаются, что эти животные были, вероятно, первоначальным «резервуаром» болезни. Но есть разрыв — возможно, в десятилетия вирусных мутаций и эволюции — между этими вирусами летучих мышей и тем, который сейчас все еще сеет хаос среди людей.

Подковообразные летучие мыши Шамела (Rhinolophus shameli) встречаются возле известняковых пещер в тропических лесах на большей части Юго-Восточной Азии.
У подковоносов обнаружены близкородственные коронавирусы

Доктор Полли Хейс из Вестминстерского университета объясняет, что коронавирус мог быть изначально безвредным, когда он впервые попал в организм человека, «затем … развился и стал опасным при передаче от человека к человеку».

Профессор Холмс подчеркивает, что чтобы ответить на все оставшиеся вопросы и иметь больше шансов предотвратить следующую пандемию, каналы связи между учеными в каждой стране должны оставаться открытыми.

«Политика здесь не применима», — добавляет он. «В противном случае мир станет гораздо менее безопасным местом. Я думаю, что предотвращение следующей пандемии будет отчасти связано с фантастическими, умопомрачительными технологиями, такими как секвенирование генома и мРНК.

«Но важнее всего люди, ученые, которые свободно и открыто разговаривают друг с другом».

Загрузка ...
Перейти к верхней панели