Очная вставка: откуда в SARS-CoV-2 фрагмент человеческого гена
Вызвавший нынешнюю пандемию коронавирус мог перейти межвидовой барьер и позаимствовать фрагмент человеческого гена еще в 2012 году. К такому выводу пришли американские ученые, изучив китайскую магистерскую диссертацию от 2013 года под названием «Анализ шести пациентов с тяжелой пневмонией, вызванной неизвестными вирусами». В ней описаны похожие на COVID-19 заболевания у шести шахтеров, очищавших штольни от экскрементов летучих мышей. Трое из заболевших умерли. Их образцы крови и вырезанный тимус (иммунный орган, где концентрируются вирусы) предположительно были отправлены в Уханьский институт вирусологии, где с неизвестным патогеном проводили эксперименты. В 2019 году штамм вполне мог «сбежать» из лаборатории, положив начало вспышке инфекции. Впрочем, пока это лишь гипотеза.
Заброшенная шахта
В нескольких научных статьях описана история с загадочными смертями трех из шести шахтеров, удалявших экскременты летучих мышей из заброшенной шахты Модзян (Mojiang), расположенной в провинции Юньнань. Это было в 2012 году. У рабочих была диагностирована пневмония неизвестного происхождения.
Ученым Джонатану Лэтэму и Эллисону Уилсону — участникам независимого проекта научных изысканий Bioscience Resource Project — удалось найти описание болезни этих шахтеров. Магистерская диссертация «Анализ шести пациентов с тяжелой пневмонией, вызванной неизвестными вирусами» была обнаружена в базе китайских магистерских диссертаций и переведена на английский язык.
Эта работа описывает шесть случаев развившейся пневмонии неизвестного происхождения. Все симптомы совпадают с COVID-19 — сухой кашель, дыхательная недостаточность, острый респираторный дистресс-синдром, повышенное тромбообразование и т.д.
Автор делает следующий вывод: «В Институте зоологии Кунь Мин мы подтвердили, что шесть пациентов подверглись воздействию вируса китайской рыжей подковообразной летучей мыши. Однако статья, опубликованная в журнале Science в 2005 году учеными Ши Чженли и Чжан Шу Йи из Уханьского института вирусологии, говорит о том, что SARS-like-CoV (SARS-подобные вирусы), переносимые летучими мышами, не являются заразными для людей. Это противоречие указывает на важность описанных шести случаев: тяжелая пневмония, вызванная неизвестным вирусом и летучими мышами в пещере, заслуживают дальнейшего исследования».
С автором диссертации, Ли Сюй (Li Xue) из Медицинского Университета Кунь Мина (Kun Ming Medical University), «Известиям» связаться не удалось.
Загадочный тимус
Из той же работы стало известно, что 27 июня 2012 года врачи выполнили необъяснимую тимэктомию (удаление вилочковой железы) пациенту № 4. Обычно эта операция показана, если диагностирован рак или доброкачественная опухоль тимуса, а также прогрессирующая миастения (мышечная слабость).
Авторы расследования Лэтэм и Эллисон предполагают, что тимус понадобился для того, чтобы «вытащить» из него большее количество вируса.
Расположение тимуса в организме человека
«Тимус — это иммунный орган, который потенциально может быть удален без значительного вреда для пациента и мог содержать большое количество вируса, — пишут они. — Учитывая интересы лаборатории Ши (Ши Чженли), которые заключаются в изучении зоонозного происхождения болезней человека, можно предположить, что этот образец был отправлен им для изучения».
Опираясь на факты магистерской диссертации, Лэтэм и Эллисон делают выводы: «Во-первых, мы предполагаем, что в организме шахтеров RaTG13 (самый генетический близкий к новому коронавирусу образец, найденный к настоящему времени) или очень похожий вирус превратился в SARS-CoV-2 — необычно патогенный коронавирус, высоко адаптированный для человека. Во-вторых, лаборатория Ши использовала медицинские образцы, взятые у шахтеров. Именно этот адаптированный к человеку вирус, теперь известный как SARS-CoV-2, сбежал из Уханьской лаборатории в 2019 году».
Операция «рекомбинация»
Согласно исследованию Лэтэма и Эллисона получается, что нулевой пациент, стоявший в начале нынешней пандемии, уже унесшей жизни около 650 тыс. человек, появился еще в 2012 году. Именно легкие шахтеров создали уникальные возможности для рекомбинации в РНК вируса. Там, в геноме вируса, благодаря вставке из 12 нуклеотидов, и возник тот самый фуриновый сайт из восьми аминокислот, необходимый патогену для проникновения внутрь клетки человека. Полностью соответствующий такому же фрагменту человеческого белка и его гена.
— Эти шахтеры действительно попали в уникальную ситуацию, так как подверглись очень большой вирусной нагрузке, — считает профессор кафедры геномики и биоинформатики СФУ, профессор Гёттингенского университета (Германия) Константин Крутовский. — Ведь они не просто работали в шахте, их задачей было очистить ее от накопившихся в огромном количестве экскрементов летучих мышей, которые как известно, особенно насыщены коронавирусами. Вполне вероятно, что у одного из шахтеров могла произойти рекомбинация РНК коронавируса с РНК гена человека (контролирующего белок ENaC-ɑ) и имеющего такую же фуриновую вставку. Считается, что именно благодаря ей значительно возросла эффективность проникновения SARS-CoV-2 внутрь клеток. Не исключено также, что рекомбинация произошла между SARS-CoV-подобными вирусами, один из которых уже имеет эту вставку. Однако он пока не обнаружен в природе.
Лэтэм и Эллисон приводят математические расчеты. Они указывают на то, что стандартные коронавирусные инфекции ограничены горлом и верхними дыхательными путями. SARS-CoV-2 же развивается как раз в легких. Легкие намного больше как по весу, так и по площади поверхности, нежели верхние дыхательные пути. Таким образом, пишут они, «количество потенциально зараженной ткани в среднем легком примерно в 4,5 тыс. раз больше, чем доступно для обычной коронавирусной инфекции».
РНК-лотерея
Впрочем, опрошенные «Известиями» эксперты не исключают и абсолютно случайной возможности приобретения вирусом этой фуриновой вставки, которая может быть никак не связана с человеческим геномом.
— Когда речь идет о совпадении в таком коротком фрагменте, нет ничего удивительного, что при анализе большого генома (такого, как геном человека) найдутся точные совпадения, — уверен старший научный сотрудник Института проблем передачи информации имени А. А. Харкевича РАН, биолог Александр Панчин. — Конспирологи на основании фрагментарного сходства уже делали выводы, что SARS-CoV-2 создан благодаря вставкам ВИЧ, что он сделан с использованием вставок человека. С тем же успехом можно сказать, что он сделан с вставками из ламантинов, рачков или грибов. Или что ламантины созданы с вставками из человека.
Вирус SARS-CoV-2 под микроскопом
По словам Александра Панчина, в реальности такого уровня сходство между двумя геномами неизбежно найдется по случайным причинам, причем не один раз.
— Такой штамм как SARS-CoV-2 вполне мог появиться в результате природной рекомбинации, — сказал «Известиям» член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией биотехнологии и вирусологии факультета естественных наук НГУ (вуз — участник проекта повышения конкурентоспособности образования «5-100») Сергей Нетесов. — На роль одного из доноров вполне подходит штамм RmYN02, имеющий 93,3% гомологию (похожесть. Штамм RmYN02 был найден в той же провинции Юньнань, что и самый ближайший родственник к SARS-CoV-2. Описан 10 мая 2020 года. — «Известия»). В то же время этот штамм имеет фурин-специфичную вставку в абсолютно той же области генома — S1-S2, что и штаммы SARS-CoV-2. Так что нынешний возбудитель вполне имеет право иметь естественное рекомбинационное происхождение. Другое дело, что ученые до сих пор не выявили всех его природных родителей и точный механизм происхождения.
Как живой
Тем не менее вполне обоснованной остается и гипотеза, согласно которой штамм, попавший в лабораторию Ши Чженли от шахтеров, подвергался направленной эволюции. То есть вероятность того, что вставка была сделана вручную, тоже существует.
По словам Сергея Нетесова, принципиальная возможность замаскировать под природный искусственно созданный штамм имеется.
— Это стало возможным, когда всемирно известная компания Thermo Fischer усовершенствовала свой набор для генной инженерии, который позволяет делать вставки в большие геномы практически в любом месте, и при этом место вставки не маркируется никакими специфическими сайтами, — отметил он в разговоре с «Известиями».
Профессор подтвердил, что гипотеза, согласно которой такой имитирующий природную эволюцию штамм могли получить путем комбинации генно-инженерных и последующих селекционно-пассажных методов, а потом случилась утечка из лаборатории, в результате чего штамм попал в человеческую популяцию и вызвал нынешнюю эпидемию, имеет право на существование.
Некоторые эксперты предлагают присмотреться к месту этой самой вставки. По словам Константина Крутовского, она находится именно в рестрикционном сайте FauI.
— Рестрикционные сайты — это такие участки в геноме, которые распознаются и разрезаются в этом месте особыми ферментами, рестриктазами. Рестриктазы — это своеобразные молекулярные «ножницы». До изобретения технологии CRISPR/CAS (инструмент для редактирования генома. — «Известия») их активно использовали в генной инженерии для вставки необходимых фрагментов в геном или конкретный ген, — добавил эксперт.
Это означает, что место, на котором в РНК вируса появился фрагмент человеческого гена, тоже выглядит подозрительно.
Впрочем, пока точных научных доказательств как того, что вирус «доработали» в лаборатории, так и его природного происхождения, нет. Расследование начала нынешней коронавирусной пандемии продолжается.
