July 4th, 2020

Вариант G614 вируса SARS-CoV-2. Что известно и что это значит? Часть 1.

О мутациях на уровне генома и белков

В геноме SARS-CoV-2 около 30000 нуклеотидов. Фактически, это текст, написанный четырьмя буквами (A, G, C, U). У каждого нуклеотида в геномной последовательности есть порядковый номер, соответствующий его позиции в геноме референс изолята SARS-CoV-2 (первого «Уханьского» генома). При репликации (размножении) вируса геномная РНК копируется вирусным ферментом, который называется РНК-зависимой РНК полимеразой. Процесс копирования сопровождается ошибками. Скажем, в какой-то позиции генома стоит нуклеотид А, но в процессе копирования в этой позиции вместо А ошибочно «ставится» нуклеотид G. В случае мутации, о которой идёт речь в посте, именно это произошло в геномной позиции 23403. Соответственно, эта мутация в РНК обозначается как А23403G. На уровне вирусного белка (это гликопротеин S, он же SPIKE) эта мутация приводит к замене аминокислоты в позиции 614: аспарагиновая кислота (сокращенно D) меняется на глицин (сокращенно G).  На уровне белка эта мутация называется D614G, а варианты вируса с мутацией или без неё сокращенно обозначаются как G614 и D614,  соответственно.

Как и когда была обнаружена мутация D614G

Впервые полный геном SARS-CoV-2 был расшифрован китайскими исследователями в начале января 2020г. Он сразу же был помещён в открытый доступ (теперь это референс геном SARS-CoV-2 ). С тех пор расшифрованы полные геномы приблизительно 60 тысяч изолятов SARS-CoV-2. Эти геномные последовательности депонированы в базе данных GISAID (https://www.gisaid.org/) и находятся в открытом доступе. Каждый день GISAID пополняется сотнями вновь секвенированных геномов со всех концов мира. В этом хранилище и «ловят» мутации. Конечно, сделать это вручную невозможно. Первыми процесс выявления мутации в геноме SARS-CoV-2 удалось автоматизировать группе биоинформатиков из Лос-Аламосской Национальной Лаборатории США (это там где была разработана первая атомная бомба).  Лидером этой группы многие годы является Bette Korber, одна из наиболее авторитетных специалистов по анализу геномов и эволюции вирусов, прежде всего ВИЧ.  Программные инструменты разработанные ею и соавторами позволили в автоматическом режиме мониторить базу GISAID на появление мутаций в геноме SARS-CoV- 2 и отслеживать динамику их частот. Мутация D614G была обнаружена в начале марта. Этот вариант вируса (G614), впервые выявленный в Китае в конце января,  был там редким. Также, в конце января вариант G614 был обнаружен в Германии (почти наверняка занос из Китая). По мере накопления данных мутантный вариант (G614) стал привлекать всё большее внимание. Его частота начала взрывоподобный рост в Италии в 20-х числах февраля. Далее «экспансия» вируса G614 стала наблюдаться почти повсеместно. Это отчетливо видно на рисунках ниже  (взяты из статьи: https://www.cell.com/cell/pdf/S0092-8674(20)30820-5.pdf ). На этих рисунках желтым/оранжевым обозначен  «первоначальный» вариант - D614, а  синим/фиолетовым «замещающий» его вариант  –  G614).

Тенденция на «замещение» изолятов D614 на изоляты G614 была отмечена на уровне континентов (см. рисунок ниже). Сходная тенденция наблюдалась на уровне отдельных стран и регионов внутри больших стран, с несколькими исключениями. 

Что это значит?

Первое, что в связи с этими данными приходит в голову - G614 вариант SARS-CoV-2 распространяется быстрее. Но в науке самое очевидное объяснение далеко не всегда оказывается правильным. Альтернативным объяснением является хорошо известный генетикам «эффект основателя». Если предположить, что в начале февраля в Европу из Китая попал именно «синий» (G614) вариант вируса, то эти кривые можно объяснить тем, что начиная с конца февраля эпидемия распространялась по миру преимущественно из Европы. Таким образом в разные точки мира заносилось всё больше и больше «синего варианта» и все меньше «оранжевого». Это объяснение не предполагает различий в «заразности» вариантов D614 (основного китайского) и G614 (основного европейского). Почему в Европе стал так быстро распространятся вариант G614? Один из возможных сценариев следующий – в конце января-начале февраля в Европу приехало несколько «супер-распространителей» именно этого варианта. Почему именно G614, редкого в Китае? Это могло быть результатом случая, а могло быть и так, что этот вариант был более распространён в той социальной группе в Китае, которая «ринулась» в Европу скрываться от эпидемии и сопровождающих её строгих карантинных ограничений. Есть и другие неопределенности, затрудняющие интерпретацию данных по динамике частот вариантов D614 и G614. Например, геномы депонированные в GISAID это лишь «верхушка айсберга». В мире десятки миллионов инфицированных вирусом (только официально зарегистрированных случаев  более 11 миллионов), а в базе лишь несколько десятков тысяч геномов. Причем, выборка эта не случайная и оценить  степень ее репрезентативности сложно, если вообще возможно.   

Но, даже если вариант G614 распространяется быстрее чем все остальные варианты, означает ли это, что он более опасен? Предположим, чисто теоретически, что одновременно с увеличением скорости распространения вируса уменьшается его вирулентность (болезнетворность). В таком случае, по сути, будет происходить «естественная иммунизация» населения. Это, конечно, сверх-оптимистический сценарий. О нём я упоминаю, главным образом, для того, чтобы подчеркнуть, что опасность вируса должна оцениваться по комплексу характеристик.

Вызывает ли вариант G614 более тяжелые формы COVID-19? Отличается ли он по своим биологическим характеристикам от прототипного варианта D614? И как, в принципе, можно сравнить вирулентность различных генетических вариантов SARS-CoV- 2? Об этом, и некоторых других вопросах, имеющих отношение к «делу», в следующем посте.