Оружие предупрежденных: ученые ждут 22 новые мутации SARS-CoV-2
В ближайшие четыре месяца появятся 22 новые мутации SARS-CoV-2, которые получат массовое распространение по всему миру. К таким выводам пришли американские ученые с помощью специально созданной прогностической модели. Ее разработали, чтобы предсказывать мутации в Spike-белке коронавируса — они влияют на его способность ускользать от иммунной системы человека. Возможность предугадать, как будет эволюционировать вирус, позволит заранее разрабатывать вакцины для будущих штаммов, улучшать методы диагностики COVID-19 и терапии с использованием антител, а также точнее прогнозировать развитие пандемии. Опрошенные «Известиями» эксперты подчеркнули, что лучшей защитой от появляющихся мутаций остается иммунитет человека, который формируется после вакцинации.
Непрерывная эволюция
Американским ученым (Vir Biotechnology (США) и Института геномики и эволюционной медицины Темплского университета) впервые удалось создать математическую модель, которая позволяет предсказывать мутации в Spike-белке SARS-CoV-2, влияющие на способность вируса преодолевать иммунную защиту организма человека. С помощью математических расчетов специалисты могут заранее предугадать важные изменения, которые произойдут с коронавирусом в будущем. Согласно их данным, в ближайшие четыре месяца стоит ожидать появления 22 новых мутаций SARS-CoV-2. При этом специалисты из США учитывают только те изменения в коронавирусе, которые получат массовое распространение по всему миру.
— Мы с высокой точностью определили мутации, которые распространятся в ближайшие четыре месяца и будут действовать в различных фазах пандемии, — написали ученые в статье, посвященной исследованию.
Исследования структуры белка, несущего в своей оболочке коронавирус
Эволюционные изменения в SARS-CoV-2 происходят непрерывно, но большая их часть нейтральна и не приводит к значимым переменам в поведении вируса. Самые важные для медиков мутации в Spike-белке коронавируса, так как именно он выступает мишенью для антител иммунной системы. К концу апреля этого года в мире насчитывалось 6,2 тыс. таких мутаций.
Прогностическая модель включает в себя 48 параметров, разделенных на пять групп, в число которых вошли «вирусная эволюция», «эпидемиологические особенности», «иммунные характеристики», «заразность» и «языковая модель мутаций». Исследования показали, что для точного предсказания лучше использовать данные по распространению мутаций не в отдельно взятой стране, а глобально — по всему миру. Наиболее важной для прогнозирования оказалась группа параметров «эпидемиологические особенности», отражающие степень распространенности конкретной мутации в мире. Сюда включаются показатели числа последовательностей аминокислот, содержащих данную мутацию, количество стран, в которых она встречается, и другие переменные, доступные в открытой базе геномных данных GISAID (главная мировая база геномов SARS-CoV-2).
Тестирование на коронавирус в Индии
Чтобы проверить надежность своей модели, ученые попытались ретроспективно «предсказать» те мутации, которые на данный момент уже массового распространились по планете. Оказалось, что даже в тех случаях, когда об изменениях в последовательностях аминокислот нет исчерпывающей информации, модель может прогнозировать их появление за пять месяцев до того момента, как их распространенность в мировом масштабе достигнет 1%. Дополнительно авторы исследования предсказали появление мутаций L452R, P618R, E484Q, которые привели к появлению индийского штамма «Дельта». Им удалось сделать это на несколько месяцев раньше его распространения по миру.
Возможность предугадать, как будет эволюционировать вирус, позволит заранее разрабатывать вакцины для будущих штаммов, улучшать методы их диагностики и терапии с использованием антител, а также точнее прогнозировать развитие пандемии с учетом числа новых заражений, госпитализаций и смертельных исходов.
Тонкости настройки
Любые математические модели без проверки остаются только моделями, считает директор научно-клинического центра прецизионной и регенеративной медицины Казанского федерального университета Альберт Ризванов. Предсказать мутации коронавируса очень сложно, так как для этого нужно хорошо понимать, как вирус взаимодействует со всеми белками клетки. А ученые до сих пор не пришли к единому мнению в этом вопросе.
— Чтобы валидировать такие модели, нужно очень много наблюдений. Для этого может понадобиться и эта пандемия, и следующая. В будущем, когда накопятся дополнительные данные по корреляции мутаций, можно будет заранее прогнозировать их развитие и заранее разрабатывать необходимые вакцины, — сказал «Известиям» Альберт Ризванов.
По мнению специалиста, основная проблема, которая приводит к возникновению резистентных к предшествующему иммунитету мутантов, — это медленная скорость вакцинации. Если бы мы быстрее вакцинировались, то у вируса не было бы времени адаптироваться к действующему иммунитету. В будущем развитие технологий создания вакцин снизит нашу зависимость от таких предсказаний. Вместо того чтобы «бегать за мутантами», нужно быстро создавать качественные вакцины и иммунизировать популяцию, считает ученый.
Насколько предложенная модель точна, мы узнаем очень скоро, потому что прогнозы в соответствии с ней давали на короткое время — 4–6 месяцев, уверен профессор-исследователь Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта Андрей Продеус.
— Если мы получим инструмент, который с большой долей точности сможет предсказывать мутации, это поможет нам создавать препараты, которые предвосхищают развитие вирусов, — отметил эксперт.
Разработанные модели были «натренированы» на мутациях с уже известной динамикой. Затем проверили, насколько точно они предсказывают судьбу мутаций с уже известной историей, но не включённых в тренировочный набор, объяснил профессор кафедры геномики и биоинформатики СФУ, профессор Геттингенского университета Константин Крутовский.
— Эффективность этих предсказательных моделей оказалась на удивление очень высокой. Для их разработки использовались очень сложный математический аппарат и компьютерный анализ. Проделан огромный объем работы — было проанализировано 1 104 875 сиквенсов (образцов генетического кода SARS-CoV-2. — «Известия») и более 6,2 тыс. мутаций, вызывающих замены, вставки или делеции (выпадение) аминокислот в шиповидном белке, — подчеркнул Константин Крутовский.
По его словам, разработанные модели действительно имеют огромное практическое значение, так как они позволяют предсказывать, какие мутации могут получить распространение в популяциях. Это дает возможность разработчикам вакцин заранее подготовиться к этому и модифицировать вакцины для увеличения их эффективности против новых штаммов.
Вакцина от COVID-19 «Спутник V»
Впрочем, существующие сейчас вакцины всё еще работают и дают возможность правильно подготовить иммунную систему человека для встречи с новыми вариантами SARS-CoV-2, считает руководитель лаборатории геномной инженерии МФТИ Павел Волчков.
— Кто в мире сможет сделать вакцину за 2–3 дня? Ответ: никто, кроме вашей адаптивной иммунной системы. Пусть вакцина настроена на конкретный вариант вируса — допустим, уханьский, — но она также будет способна распознавать похожие «силуэты» вируса — например, «Дельта» SARS-CoV-2. Причем благодаря вакцине наша иммунная система будет распознавать еще на подлете. Это будет занимать не 7–9 дней — как при первой встрече с патогеном, — а часы. Поэтому вирус не успеет за это время размножиться в организме, — пояснил Павел Волчков.
Последний факт вирусолог считает очень важным, так как в этом случае человек перестает выделять вирус, и поэтому случаев заражения окружающих людей не происходит, а следовательно, эпидемия останавливается.
