Слабое место в COVID может помочь в разработке вакцин

 

После трех лет инфекций, изоляции и вакцинации мы многое знаем о вирусе SARS-CoV-2, который вызывает COVID-19 - но мы знаем не все. Например, почему одни варианты слабее других? Почему вариант omicron быстро распространяется, но при этом люди меньше болеют? Новые мутации вируса подвергают нас новому риску или приближают конец пандемии? Существуют ли более эффективные вакцины, ожидающие разработки?

Новое исследование международной группы ученых под руководством Бостонского университета может дать некоторые ответы. В статье, опубликованной в журнале Nature, они выявили мутации, которые помогают омикрон уклоняться от предыдущего иммунитета, и показали, что ранее не упоминавшийся белок вируса - известный как NSP6 - может быть существенным фактором, определяющим более низкий потенциал этого варианта вызывать заболевания, или его патогенность.

 

Черновик, содержащий некоторые из ранних результатов исследования, ранее попал в заголовки международных газет в октябре, когда ряд ложных сообщений сенсационно исказил его выводы. Но старший автор исследования, вирусолог из BU Мохсан Саид, говорит, что их исследование может иметь большое положительное влияние, потенциально помогая найти новую цель для вакцин и терапевтических средств.

"Это важная работа, показывающая, что белок spike вносит лишь минимальный вклад в снижение патогенности омикрона, и что мутации в другом белке, NSP6, играют существенную роль", - говорит Саид, доцент биохимии Школы медицины BU Chobanian & Avedisian. "Это дает нам новую захватывающую концепцию для будущих вакцин и терапевтических средств - если мы знаем, как ослабить вирус, мы сможем лучше с ним бороться".

Статья, которая также появится в печати, была написана в соавторстве исследователями из BU и Кливлендской клиники Флоридского исследовательского и инновационного центра, Университета Лойолы, Больницы Бригама и Женщины (BWH), Гарвардской медицинской школы (HMS), Университета Висконсин-Мэдисон, Университета Фридриха-Александра Эрлангена-Нюрнберга и Университета Иоганна Гутенберга в Майнце, оба в Германии. Один из соавторов работы, Джонатан Ли, доцент медицины BWH и HMS, говорит, что, хотя многие исследования были сосредоточены на белке-шипе SARS-CoV-2, об остальной части его генома известно мало.

"Часть вирусного генома, не связанная со спайком, изучена крайне недостаточно. Подобные исследования помогают нам понять, какие части вирусного генома влияют на патогенез, чего мы до сих пор не знаем", - говорит Ли, отмечая, что, например, неясно, почему омикронный субвариант BA.5 легко превзошел версию BA.4, несмотря на то, что эти два варианта имеют одинаковые последовательности спайков.

"Исследование доктора Саида показывает нам относительное влияние различных сегментов генов SARS-CoV-2 на тяжесть заболевания. Подобные исследования способны не только предсказать, какие варианты могут привести к новым волнам инфекции, но и определить мишени для новых терапевтических средств против COVID-19".

Лаборатория Саида изучает SARS-CoV-2 с самого начала вспышки, исследуя первый штамм коронавируса, полученный от пациента в США, известный как изолят Вашингтон или дикий тип. Когда в конце 2021 года на сцену вышел вариант omicron, вскоре стало ясно, что он распространяется быстрее, чем предыдущие варианты. Однако омикрон был также слабее, или аттенуирован - менее смертоносен. Саид хотел узнать, почему.

"Он вызывал относительно менее тяжелые заболевания", - говорит Саид. "Что такого особенного в омикроне, что он вызывает более легкую болезнь? Так начался этот проект - мы хотели изучить этот вопрос".

В защищенной лаборатории Национальной лаборатории новых инфекционных заболеваний (NEIDL) Университета, исследователи начали с изучения белка spike вируса, молекулы, которая помогает SARS-CoV-2 проникнуть в клетку и начать инфекцию, и которая также была включена в большинство вакцин. Одна из причин сосредоточения внимания на белке spike заключается в том, что ученые определили, что он является главным отличием между омикрон и оригинальным вирусом: большинство мутаций было сосредоточено в этом одном белке.

"Первый эксперимент, который мы провели, заключался в том, что мы взяли шип омикрона и поместили его в вирус дикого типа, - говорит Саид, который является исследователем в NEIDL. В результате был создан химерный рекомбинантный вирус - модифицированный вирус, содержащий генетические фрагменты различных вирусов - который они назвали Omi-S - версия оригинального вируса с вмятиной из белка омикрон. "Мысль была такова: если за ослаблением омикрона стоит спайк, то вирусы Omi-S и омикрона должны вызывать одинаково легкое заболевание".

В некотором смысле, добавляет он, природа показывала путь вперед.

"Омикрон вызывает относительно легкое заболевание - природа уже подсказывает нам, как ослабить вирус, как вирус может стать слабым", - говорит Саид. Создание слабых вирусов уже давно используется учеными для борьбы со смертельными заболеваниями, от полиомиелита до желтой лихорадки - Луи Пастер экспериментировал с живыми аттенуированными вакцинами, используя слабые версии вирусов еще в 1800-х годах. "Мы можем учиться у природы. Если мы сможем разгадать или расшифровать путь природы, это может помочь нам в создании вакцин".

В отличие от времен Пастера, сегодня исследователи, модифицирующие любой вирус, должны следовать очень строгому протоколу. Если они видят признаки того, что вирус становится сильнее, а не слабее - это называется усилением функции, - они обязаны приостановить свои исследования и уничтожить вирус, чтобы избежать любой возможности попадания более опасной версии в общество.

"Традиция в этой области такова: если вы создаете химерный вирус, вы должны сравнить его с базовым вирусом. В нашем случае это был изолят из Вашингтона", - говорит Саид. "Подумайте об этом так: из примерно 30 белков один происходит из омикрон, а все остальные - из изолята Вашингтона".

В этом случае химерный вирус был ослаблен и оставался таким на протяжении всего исследования. Когда исследователи сравнили omicron, Washington и Omi-S в клетках, выращенных в чашках Петри, говорит Саид, "мы обнаружили, что химерный вирус был слабее по сравнению с вирусом дикого типа".

Но он все же не был таким слабым, как omicron, что позволяет предположить, что не только шип отвечает за относительную непатогенность этого варианта.

"Мы показали, что шип вносит минимальный вклад в способность омикрона вызывать заболевания", - говорит Саид.

Они также протестировали три варианта вируса на биоинженерных моделях животных - мышах, созданных для того, чтобы быть более восприимчивыми к болезни, - и увидели те же закономерности.

Оригинальный вирус убивал 100 процентов зараженных мышей, Omi-S имел 80-процентный уровень смертности, а все мыши выживали после контакта с omicron. Когда эти результаты были первоначально опубликованы исследовательской группой Саида в черновом варианте, они вызвали некоторое замешательство: ряд в основном правых СМИ ошибочно предположили, что эти проценты означают, что вирусы имеют одинаковые показатели смертности или гибели у людей. Это не так, говорит Саид, и он и его соавторы разъяснили это в окончательном варианте статьи.

На самом деле, мыши, используемые в исследованиях, сконструированы таким образом, чтобы быть очень чувствительными к вирусу, чтобы исследователи могли быстрее и эффективнее изучить его потенциал, вызывающий заболевания. Например, при заражении оригинальным вашингтонским штаммом вируса 100% мышей погибают, в то время как у людей заболевание протекает совершенно иначе. По оценкам, менее 5 процентов пациентов, заразившихся оригинальным вирусом, умерли в результате.

Версия вируса Omi-S была не только менее смертоносной для мышей, чем та, которая передавалась от человека к человеку, когда COVID впервые поразил Америку, но и была настолько смертоносной для грызунов только потому, что они были биоинженерно созданы, чтобы быть более предрасположенными к этому.

"Между этими искусственно сконструированными мышами и людьми существует огромная разница в проявлении и исходе болезни", - говорит Саид, чья команда проводила всю свою работу в шкафах биологической безопасности в помещениях NEIDL с уровнем биобезопасности 3. (Чтобы попасть в лабораторию, полностью вакцинированные исследователи должны пройти через ряд комнат и сблокированных дверей, надев несколько слоев защитного снаряжения, включая скафандр и капюшон, как у космонавтов).

Установив, что белок шипов не является единственным игроком в разбавлении потенции омикрона, Саид и исследовательская группа решили выяснить, что еще может быть причиной. В итоге они остановились на другом белке: неструктурном белке 6, или NSP6.

Помимо белка-шипа, SARS-CoV-2 состоит из множества других молекул, которые помогают ему делать свою грязную работу. По меньшей мере четыре, включая шип, являются структурными белками, которые формируют вирусную частицу, когда она выходит из зараженной клетки. Еще 16 белков неструктурные - они помогают вирусу реплицироваться, создавая в зараженной клетке среду, необходимую для создания своих копий. Один из этих неструктурных белков - NSP6. Его задача, по словам Саида, заключается в "участии в формировании определенных мембранных везикул в инфицированных клетках, которые служат фабриками для усиления вирусного генома".

Когда они повторили свои эксперименты, используя химерный вирус, в котором к Omi-S был добавлен белок NSP6 омикрона, "мы наблюдали сильное снижение вирусной репликации, причем кинетика инфекции имитировала кинетику омикрона в культуре клеток", - говорится в статье. Вирус Omi-S плюс NSP6 был слабее. Он также показал меньшую бронхиальную инфекцию в легких инфицированных мышей по сравнению с Omi-S.

"В течение нескольких месяцев в этой области уделялось внимание влиянию шипов на ослабление омикронного излучения. Это исследование уникально тем, что в нем впервые выявлен другой белок SARS-CoV-2, NSP6, который вносит свой вклад в ослабление омикронной активности в дополнение к спайку", - говорит Флориан Дуам, соавтор исследования и доцент микробиологии Школы медицины BU Chobanian & Avedisian. "Хотя спайк остается важным в определении омикронного ослабления, многое происходит в других, более малоизученных белках SARS-CoV-2, и данное исследование является первым, которое указывает на это".

Саид говорит, что белок NSP6 также был замешан в воспалении.

"Когда люди заражаются SARS-CoV-2, в легких возникает воспаление, которое приводит к пневмонии и острому респираторному дистресс-синдрому", - говорит Саид. "Похоже, что NSP6 играет в этом определенную роль. Я думаю, что наше исследование даст толчок для изучения NSP6 и выяснения его других функций в репликации вируса и последующем заболевании легких - он не относится к числу хорошо изученных белков".

Исследовательская группа в ближайшее время приступит к дальнейшему изучению NSP6, но, по словам Дуама, последние находки очень интересны, поскольку открывают новый путь для борьбы с COVID. По словам Дуама, понимание небольших генетических различий между вариантами имеет решающее значение для получения новых сведений о том, как вирус вызывает заболевания.

"Поменяв местами генетические характеристики двух вариантов с разной вирулентностью, исследователи могут определить ключевые компоненты, участвующие в потенциале SARS-CoV-2 вызывать заболевания", - говорит он. "Это исследование критически важно не только потому, что оно говорит нам о том, какие элементы вируса регулируют его вирулентность, но и подчеркивает потенциал этих элементов вируса в качестве отличных мишеней для лекарств, что в конечном итоге расширяет набор инструментов для борьбы с пандемией".

Саид, который недавно был соавтором исследования, проведенного под руководством Института рака Дана-Фарбер и открывшего новый рецепторный препарат-приманку, нейтрализующий SARS-CoV-2, говорит, что исследования, подобные его, могут помочь ученым "направить свои усилия по разработке противовирусных препаратов на конкретный белок".
Инструменты в борьбе с пандемией

Те, кто не принадлежит к научному сообществу и следит за ходом этого конкретного исследования, могут удивиться, почему окончательная версия - с другим резюме, или аннотацией, и дополнительными данными - не является прямой копией, с точками над "i" и "t", более ранней черновой версии, которая вызвала всеобщее внимание.

Основная причина: академическая открытость научного пути. В рамках процесса публикации в журнале Nature исследовательская группа разместила ранний, незавершенный вариант своих выводов на сайте bioRxiv - онлайновом архиве черновиков статей по биологии, официально называемых препринтами. Он используется исследователями для того, чтобы быть прозрачными в своей работе, делиться первыми результатами и получать предложения по улучшению их окончательных статей перед рецензированием.

Это похоже на то, как если бы архитектор показал вам свой первый план пристройки или новой кухни; он дает вам представление о проекте, но не все окончательные детали и доработки. В современную эпоху публикация препринтов является регулярной частью научного процесса, что очень полезно для продвижения открытого доступа, но может регулярно означать - подобно путешествию от кухонного эскиза до готового проекта - что опубликованные статьи продвинулись вперед по сравнению с их ранними черновиками.

Эта препринтная статья была написана в марте 2022 года, и в ней была представлена только одна часть общих выводов - исследование белка спайк. Важнейшая работа над NSP6, которая была проведена отчасти при поддержке коллег-ученых, была завершена после написания этой первоначальной статьи; она была добавлена к исходному материалу, который остался в окончательном варианте статьи, несколько месяцев спустя.

"В смысле эволюции, особенно в условиях сверхбыстрой вирусной репликации, каждая геномная мутация что-то значит и может стать подсказкой для раскрытия еще одного важного явления в инфекции и развитии болезни", - говорит Да-Юань Чен, постдокторский исследователь в лаборатории Саида и ведущий автор статьи в Nature. "Постепенно, чем больше мы будем понимать вирус, тем больше правильной информации мы получим. Тогда появится больше точек входа, лекарств и стратегий, которые мы сможем рассматривать в качестве инструментов лечения заболеваний и борьбы с пандемией".

Несмотря на фурор, вызванный неточным освещением первых выводов команды, Саид надеется, что сила их науки превзойдет ложные заголовки.

"Я думаю, что качество нашей науки более устойчиво", - говорит он. "Наше открытие важно. Оно окажет влияние в этой области, и я думаю, что научное сообщество будет высоко ценить эту работу".

Категория: Наука и Техника | Добавил: fantast (12.01.2023)
Просмотров: 15 | Рейтинг: 0.0/0