Инородное дело: ученые нашли в коронавирусе часть человеческого белка
Биоинформатики из Кембриджа с помощью искусственного интеллекта разыскали в генетической последовательности SARS-CoV-2 вставку из восьми аминокислот, которая идентична такому же фрагменту в одном из человеческих белков. Эта вставка расположена как раз в том месте генома, которое, предположительно, определяет возможность проникновения вируса в клетку человека. По словам авторов статьи, она абсолютно уникальна, ее нет больше ни в одном из коронавирусов. Как этот фрагмент оказался в патогене? Получен ли он эволюционным путем или же привнесен искусственно? «Известия» обратились к экспертам.
Homo unicum
В научной среде не утихают споры о природе происхождения коронавируса. Одни специалисты уверены, что вирус вышел из природного резервуара, приобретя необходимые для перехода на человека мутации. Другие же не исключают, что патоген был создан искусственно.
Ранее «Известия» уже писали о возможностях современной науки получить полностью идентичный SARS-CoV-2 искусственный вирус. Именно поэтому ученые так внимательно разбирают геном SARS-CoV-2, а особенно его функциональную часть, которая отвечает за механизм проникновения в клетку человека.
Новая находка специалистов из Кембриджа поразила многих из них. В статье, первым автором которой значится Правин Ананд (биоинформатик из компании Nference, которая создала платформу для изучения биомедицинской информации), утверждается, что в коронавирусе есть вставка, идентичная части человеческого белка. Это выяснилось, когда исследователи Nference с помощью искусственного интеллекта решили найти какие-то уникальные последовательности в белках SARS-CoV-2.
В результате такой фрагмент был найден, причем на том самом месте, где регулируется возможность входа коронавируса в человеческую клетку. «Сравнение инфицирующих человека штаммов атипичной пневмонии SARS-CoV-2 со штаммами атипичной пневмонии SARS-CoV, а также с кандидатами зоонозного происхождения (Pangolin-CoV и Bat-CoV RaTG13 — это подозреваемый штамм панголина и самый близкий по геному штамм коронавируса из летучей мыши) показывает, что SARS-CoV-2 приобрел уникальную последовательность маленькой вставки на участке S1/S2 (фуриновая вставка, которая отвечает за вход в клетку. — «Известия»)», — говорится в статье.
«Поразительно, — пишут авторы, — что интересующий нас пептид (RRARSVAS) из всех 20 350 белков человека присутствует исключительно в одном белке ENaC-ɑ. Это наводит на мысль, что SARS-CoV-2, возможно, специально эволюционировал, чтобы имитировать субстрат протеазы человека».
— Исследователи не зря обратили внимание именно на белок ENaC-ɑ, — говорит профессор кафедры геномики и биоинформатики СФУ, профессор Гёттингенского университета (Германия) Константин Крутовский. — Дело в том, что он участвует в регуляции водно-солевого баланса эпителиальных клеток, и нарушение его функции может вызывать отечность, что как раз и наблюдается в тканях при тяжелом течении COVID-19. Тут механизм ее возникновения объясняется довольно просто: вирус использует человеческую протеазу (фермент), чтобы проникнуть внутрь клетки, но при этом заодно мешает работать тому же самому человеческому белку, который тоже зависит от этой протеазы. Получается некий двойной удар по организму. В результате нарушается водно-солевой обмен в местах инфекции, что приводит к возникновению отеков.
Отеки в легких и других органах давно замечены клиницистами при наблюдении за больными COVID-19. Об этом пишут и авторы статьи: «Наиболее вероятным следствием этого (работы найденной вставки) будет низкая активность ENaC-ɑ (белка клеточных мембран эпителиальных клеток человека) на поверхности дыхательных путей, что ведет к нарушению реабсорбции жидкости и является важной патологией легких у пациентов COVID-19 с острым респираторным дистресс-синдромом».
Исправленному верить
Откуда же такая нужная вставка могла появиться у SARS-CoV-2? Является ли она результатом эволюции или развития современных биотехнологий? По мнению специалиста по коронавирусам, заведующего лабораторией экологии микроорганизмов ДВФУ (вуз — участник проекта повышения конкурентоспособности «5-100») и лаборатории вирусологии ФНЦ Биоразнообразия ДВО РАН Михаила Щелканова, она является естественной для подобных патогенов.
— Это нормальный процесс эволюции вируса и его подстройки под организм млекопитающих, которые являются его хозяевами. Я вижу в статье нормальную рабочую гипотезу, но она никак не подтверждает искусственное происхождение вируса. Иначе мы бы любую мутацию вируса, имеющую положительный селективный эффект и повышающую его экологическую пластичность, должны были бы объявить искусственной, — считает эксперт. — Все вирусы существуют в виде облака вариантов, из которого отбираются наиболее приспособленные к тем или иным условиям.
По мнению Михаила Щелканова, этот фрагмент генома был получен коронавирусом случайно, в результате мутаций, но именно он дал ему возможность так широко распространиться в популяции людей, что даже вызвать пандемию.
Генетик Константин Крутовский выдвигает четыре гипотезы возникновения части человеческого белка в SARS-CoV-2.
— Конечно, это может быть случайной мутацией-вставкой, но вероятность такого события ничтожна мала. Второй вариант — промежуточный хозяин коронавируса имеет вставку, идентичную человеческой, к которой адаптировался в процессе естественного отбора и мутирования. Но пока такой хозяин не найден. Третий — вирус уже давно существовал в популяции людей, либо его пассировали (выращивали в лабораторных условиях) на клетках человека. И четвертый — ее искусственно вставили, — считает эксперт.
Тем не менее размотать этот клубок можно, уверен руководитель лаборатории геномной инженерии МФТИ Павел Волчков.
— Для этого нужно взять самый близкородственный штамм — допустим, тот самый RaTG13 (о том, что ближайший по геному образец был найден в лаборатории Уханьского института вирусологии, газета писала в материале «Ухань находок: самый близкий к SARS-CoV-2 вирус отыскали в лаборатории». — «Известия») — и проанализировать, какое количество нуклеотидных замен должно было произойти и какова их вероятность, насколько они не противоречат друг другу, чтобы эта вставка могла сформироваться. Это сделать трудно, так как RaTG13 не является предком, а только ближайшим родственником. Здесь сначала придется восстановить общего для этих вирусов предка, а потом уже проанализировать, за сколько шагов один штамм может перейти в другой. Если это невозможно и существуют какие-то запрещенные переходы, то это может служить косвенным доказательством искусственности коронавируса, — сообщил «Известиям» Павел Волчков.
Впрочем, то, что предсказано биоинформатиками, еще нужно доказать в так называемых мокрых экспериментах, убеждена завкафедрой вирусологии биофака МГУ Ольга Карпова. По ее мнению, очень многое из того, что было основано на вычислениях, в лабораторных условиях не работало или работало абсолютно по-другому.
