Секвенирование помогает выявить мутации, которые могут ускорить передачу или помочь вирусу избежать иммунной реакции.
Перспектива снижения эффективности вакцин от быстро распространяющихся вариантов SARS-CoV-2 подтолкнула к глобальным усилиям по геномному наблюдению за коронавирусом. Это имеет решающее значение для быстрого выявления и отслеживания возникающих штаммов, что позволит более точно, чем обычное контактное отслеживание определять, как происходит передача инфекции между людьми.
На сегодняшний день лаборатории во всем мире провели секвенирование более 610 000 образцов SARS-CoV-2; к концу пандемии это число вполне может превысить один миллион. Теоретически, эти геномы могли бы помочь нам понять пути распространение вируса во всем мире, но на практике эти исследования показывают гораздо меньше, чем могли бы.
Ежедневно поступают данные о более чем 5000 последовательностей, что позволяет быстро определить, изменила ли наблюдаемая мутация биологию вируса. Такая информация крайне важна для разработчиков препаратов, вакцин и политиков.
Однако по мере того, как эти данные продолжают накапливаться, поддержание филогенетических деревьев в актуальном состоянии становится все более затруднительным. Ранее для отслеживания вспышек гриппа и лихорадки Эбола использовался Nextstrain, но, как правило, ретроспективно или с помощью небольших обновлений каждую неделю или месяц, но не для того, чтобы отслеживать тысячи последовательностей в день во время пика глобальной пандемии. Теперь исследователям необходимо ежедневно обновлять свои данные.
Для ученых, которые потратили последний год на исследование сотен тысяч коронавирусных геномов, Соединенные Штаты остаются загадкой. Несмотря на то, что США обладают ведущей в мире инфраструктурой секвенирования геномов и имеют больше КОВИД-инфекций, чем любая другая страна, до недавнего времени они значительно отставали в секвенировании геномов коронавирусов и выявлении вызывающих беспокойство разновидностей.
Тем не менее, в последние недели американские исследователи выявили множество новых вариантов, в том числе в Калифорнии, штате Нью-Йорк, Луизиане и других местах. И они продолжают наращивать усилия по секвенированию SARS-CoV-2.
Это создало еще одну проблему: осмысление обнаруженных вариантов. Они несут в себе потенциально тревожные мутации и, возможно, становятся все более распространенными, но недостаток данных о том, как эти варианты распространяются, означает, что угроза, которую они представляют, неясна.
В отсутствии четких эпидемиологических или медицинских данных ученые могут оценить потенциальную угрозу, которую может представлять тот или иной вариант, по мутациям, которые он несет. На основе лабораторных и эпидемиологических исследований ученые составили растущий список мутаций, которые могут ускорить передачу вируса или помочь ему избежать иммунных ответов.
Вариант, идентифицированный в Нью-Йорке, также известный как B.1.526, несет в себе мутацию E484K, которая была найдена также в вариантах, идентифицированных в Южной Африке и Бразилии. Исследования, проведенные несколькими лабораториями, показали, что E484K, которая находится в части белка коронавирусного спайка, ослабляет эффективность антител. Это может помочь объяснить данные наблюдений о том, что аналогичные варианты в Южной Африке и Бразилии стоят за случаями реинфекции и снижением эффективности вакцины в ходе полевых испытаний.
Основываясь на этих опасениях, в Нью-Йорке была создана группа для выявления вирусов, несущих E484K. Первые случаи варианта B.1.526 появились в ноябре, увеличившись до 5% от общего числа случаев в городе в середине января и до 12% к февралю. В открытых базах данных сиквенсов исследователи обнаружили B.1.526 вверх и вниз по северо-восточному побережью США и вплоть до Сингапура.
Пока еще не доказано, что B.1.526 уклоняется от иммунных ответов и его явное увеличение может быть не связано с какими-либо биологическими свойствами. "Потребовались месяцы, чтобы показать, что британский вариант [B.1.1.7] более трансмиссивный и более вирулентный. Я думаю, что мы должны сделать то же самое", - говорит Дэвид Хо, вирусолог из Колумбийского университета, Нью-Йорк.
Усиленные действия США по секвенированию приводят к выявлению вариантов с новыми или редко встречающимися мутациями, которые труднее понять.В Нью-Мексико наблюдали рост числа случаев, вызванных вариантом, который был назван Пеликаном, несущим мутацию, которую вирусологи раньше не видели. Несколько других вариантов было выявлено в американских базах данных по секвенированию, которые несли в себе схожее изменение. (Все они получили имена птиц: малиновка, овсянка, пересмешник).
Мутация, называемая Q677P, расположена рядом с областью белка шипа, который должен расщепиться, чтобы вирусная частица попала в клетку хозяина. Мутации в этой области происходят в быстро распространяющихся вариантах, таких как B.1.1.7, но вариант Пеликан пока один из тех, за кем нужно наблюдать и делать выводы, что это тревожная мутация слишком рано.
На прошлой неделе исследователи в Калифорнии подняли тревогу в связи с найденными там вариантами, которые несут мутацию белка шипа под названием L452R1. Группа из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) обнаружила, что вариант с мутацией быстро растет в одном из городских кварталов - с 16% секвенированных образцов в ноябре до более чем половины в середине января. Другая команда UCSF установила в лабораторных тестах, что вариант с мутацией L452R является более инфекционным и менее восприимчивым к антителам.
Тем не менее, многие исследователи выражают скептицизм в отношении значимости L452R. Мутация не обнаружилась в лабораторных исследованиях, в которых были отмечены некоторые другие тревожные изменения, такие как E484K. Мутация L452R была обнаружена и в других регионах Соединенных Штатов, но не распространялась быстрыми темпами и, вероятно, не станет одной из тех, которые проблематичны.
В то время как исследователи пытаются разобраться в новых американских вариантах, удвоенные усилия по секвенированию также приводят к выявлению числа случаев, связанных с глобальными вариантами, вызывающими озабоченность. До сих пор исследователи в США обнаружили лишь несколько случаев, связанных с вариантами, выявленными в Южной Африке и Бразилии. Но число случаев, связанных с вариантом B.1.1.7, идентифицированным в Великобритании, неуклонно растет - эта закономерность проявляется и в других странах Европы и Ближнего Востока.
Какой из этих вариантов будет преобладать пока не ясно, но по мере роста вакцинации, восприимчивые варианты, такие как B.1.1.7, могут уменьшиться, в то время как те, которые могут частично уклониться от иммунитета, могут спровоцировать региональные вспышки.
Я не думаю, что у нас будут годы "нью-йоркских вариантов" и "калифорнийских вариантов. Понимание того, что происходит, будет зависеть не только от секвенирования большего количества образцов, но и от создания потенциала для их изучения", - отмечает Хо.
