Почему создать «идеальный» коронавирус в лабораторных условиях невозможно? Отвечает доктор медицинск

 Вопрос о том, является COVID-19 продуктом искусственного или естественного происхождения, до сих пор вызывает ожесточённые споры как среди обывателей, так и в научных кругах. Заведующий отделом фармакологии клеточных сигнальных систем и экспериментальной терапии Института фармакологии и токсикологии НАМНУ, доктор медицинских наук, профессор, дважды лауреат Государственной премии Украины в области науки и техники Александр Иванович Соловьёв написал исчерпывающую статью, в которой он склоняется к тому, что в лабораториях было бы невозможно смоделировать подобный вирус. Итак, для начала историческая справка.

Коронавирусы (лат. Coronaviridae) —　семейство РНК-содержащих вирусов, включающее на май 2020 года 43 вида, объединённых в два подсемейства. Поражают млекопитающих, птиц и земноводных. Название связано со строением вируса, шиповидные отростки которого напоминают солнечную корону. Известно 7 типов коронавируса, опасных для человека: HCoV-229E, HCoV-NL63, HCoV-OC43, HCoV-HKU1, SARS-CoV, MERS-CoV и SARS-CoV-2 —　бетакоронавирус B, выявленный во второй половине 2019 года, вызвавший пандемию пневмонии нового типа COVID-19.

Коронавирусы были открыты ещё в начале прошлого века —　представители семейства Coronaviridae из отряда Nidovirales. Первый коронавирус, поразивший человека, HCoV-B814, был изолирован в 1965 году и к настоящему времени не сохранился в вирусологических коллекциях. Первоначально коронавирусы представляли собой сугубо ветеринарную проблему. В то время считалось, что с эпидемический точки зрения они не представляют особой опасности для человека.

К началу XXI века научному сообществу пришлось пересмотреть свои представления о значении коронавирусов в нашей жизни. В 2002 году вирус тяжёлого острого респираторного синдрома SARS-Co проник в популяцию людей из популяции летучих мышей в Юго-Восточной Азии. В 2012 году были открыты природные очаги вируса Ближневосточного респираторного синдрома MERS-CoV на территории Аравийского полуострова. В первые два десятилетия текущего века было открыто значительное количество новых представителей Coronaviridae, но всё это тогда не предвещало большой беды. Человечество какое-то время довольно мирно сосуществовало с коронавирусами.

Все поменялось на рубеже 2019–2020 годов, когда в китайском городе Ухань была зафиксирована первая массовая вспышка COVID-19, этиологически связанная с вирусом тяжёлого острого респираторного синдрома 2 типа SARS-CoV-2. Новый коронавирус привёл к реальному кризису общественного здравоохранения глобального масштаба. Мир к такому оказался не готов.

Эволюционный анализ человеческого генома показал, что предкам современных жителей Восточной Азии много лет назад пришлось пережить эпидемию заболевания, вызванного разновидностью коронавируса, очень схожего по своим характеристикам с известным нам вирусом COVID-19. Возможно, это была самая настоящая пандемия, охватившая территорию нынешнего Китая, Японии, Монголии, Северной и Южной Кореи, и Тайваня. Нет данных о том, как распространялась эта инфекция, пытались ли её лечить и чем, сколько народу умерло от этой болезни. В те древние времена вирусы вряд ли могли за короткий срок поразить весь земной шар. Численность населения Земли была тогда гораздо меньшей, а средства передвижения являлись несовершенными, и потому процессы миграции и, соответственно, распространение инфекции происходили крайне медленно.

Далее Александр Соловьёв поясняет: "Автор статьи не является вирусологом и даже не эпидемиологом. По образованию я врач и биофизик. Почему вдруг эта проблема меня заинтересовала как учёного? Уже много лет изучаю физиологию, фармакологию и биофизику сосудов. И, в частности, так называемый эндотелий —　монослой клеток, покрывающих сосуды изнутри. Это барьерная ткань играет также роль очень важного секреторного органа, обеспечивая необходимый уровень кровотока к органам и тканям. Без преувеличения можно сказать, что человек здоров настолько, насколько здоров его эндотелий.

Сейчас стало ясно, что наиболее часто встречающиеся у пациентов с COVID-19 симптомы —　это кашель, лихорадка и одышка, то есть симптомы респираторного заболевания. Позже у пациентов с COVID-19 появились и другие важные клинические проявления. Например, высокое кровяное давление, тромбозы, эмболия лёгочной артерии. Эти симптомы прямо указывают на то, что вирус нацелен на эндотелий, один из крупнейших органов человеческого тела (суммарный вес эндотелиальных клеток составляет 1,5 - 2 кг, как у печени, а площадь его поверхности равна площади футбольного поля!). Важно то, что он равномерно распределён по всему человеческому организму. Полученные клинические данные и данные лабораторных анализов ясно указывают на то, что эндотелий является ключевым органом-мишенью для COVID-19.

Патофизиология болезни объясняет, почему респираторные симптомы COVID-19 так распространены. Вирус получает доступ к клеткам человека через белок-рецептор ангиотензин-превращающий фермент 2 (ACE2), которого очень много в тканях лёгких. Но ACE2 также экспрессируется и эндотелиальными клетками. Отмеченные выше кардиоваскулярные симптомы, наблюдаемые у пациентов с COVID-19, отчётливо указывают, что вирус нацелен именно на эндотелий.

Вообще, АСЕ 2 экспрессируется в большинстве тканей. Главным образом белок находится на мембранах пневмоцитов II типа, энтероцитов тонкого кишечника, эндотелиальных клеток артерий и вен, а также гладкомышечных клеток в большинстве органов. Кроме этого, мРНК для АСЕ 2 обнаружена в клетках коры головного мозга, полосатого тела, гипоталамуса и ствола головного мозга. Наличие АСЕ 2 на нейронах головного мозга и глии делает эти клетки чувствительными к инфицированию вирусом SARS-CoV-2, что может приводить к потере обоняния и развитию неврологического дефицита, наблюдаемых при заболевании COVID-19.

Известно, что коронавирус SARS-CoV-2, то есть патоген, вызывающий COVID-19, содержит спайковый белок, который связывается с рецептором ACE2, чтобы проникнуть и инфицировать клетки своего нового хозяина. Этот спайковый белок играет ключевую роль в процессе распознавания рецепторов и слияния клеточных мембран.

Итак, вирус COVID-19 атакует сосудистую систему, вызывая нарушение функции эндотелия, приводя к нарушению процессов свертывания крови и нормального расслабления гладкомышечных клеток. Эндотелиальные клетки выстилают все кровеносные сосуды в организме и имеют решающее значение для нормального кровообращения. Учитывая наличие эндотелия во всех органах и тканях, нетрудно представить последствия такой атаки для организма в целом. В особенности, если этот процесс носит системный, полиорганный характер, что в последнее время и подтверждается. Становится понятно, почему симптоматика COVID-19 столь разнообразна —　поражаются самые различные органы.

Вопрос номер 1, как появилась у этого, вроде бы не очень опасного для человека вируса, удивительно эффективная "головка наведения", позволяющая ему безошибочно найти свою мишень в организме человека? Является ли она продуктом эволюции вируса или создана искусственно в условиях лаборатории? Этот вопрос сейчас волнует всех: учёных, военных, политиков и социум в целом.

Вопрос номер 2, кто это мог сделать? Кто по злому умыслу или по небрежности выпустил джина из бутылки. С одной стороны, это мог сделать кто угодно. Сборка вируса в лабораторных условиях не является архисложной задачей, особенно если известен его геном. Современная молекулярная биология решает задачи и гораздо сложнее. Это может быть сделано в любой стране с более или менее развитой наукой. Таких лабораторий в мире сотни. Я имею в виду, что они могли бы сделать это исходя из своих возможностей. Но я не говорю, что они это сделали. Таких доказательств нет. Вопрос здесь не цены, это вопрос морали, закона, научной этики и здравого смысла содеянного. Поэтому совсем не обязательно, что именно Ухань является очагом пандемии. Вполне вероятно, что вирус мог быть экспортирован. Где ты нулевой пациент, жив ли? Эпицентр там, где находился нулевой пациент.

Только на территории ряда стран бывшего СССР существует ряд так называемых "Исследовательских центров общественного здравоохранения имени Ричарда Лугара", построенных и финансируемых Соединёнными Штатами. Осуществляемая на их базе деятельность по исследованию с особо опасными инфекциями не афишируется. Нельзя исключить. Надо сказать, что развитые страны от такого "подарка" отказались. И проведение там, например, исследований коронавируса, переносимого летучими мышами. Все это вызывает немало обоснованных тревог и вопросов. Есть причины для тревоги и у местных жителей, связанные с возможностью утечки вируса из лаборатории. Никаких доказательств в этом отношении не существует, но такую возможность полностью исключить нельзя. Об исследовательских центрах общественного здравоохранения имени Ричарда Луара ходит много разных шокирующих слухов, они, в частности, подозревают в использовании запрещённых препаратов для проведения экспериментов на людях. Но пока эти слухи остаются слухами, прямых доказательств нет.

В 2015 году в журнале Nature была опубликована статья о том, что в лаборатории в Форт-Детрик (США) был проведён успешный эксперимент по модификации коронавируса летучей мыши, который может уже без промежуточного животного проникать в клетки человека. Речь идет о Bat SARS-like coronavirus RsSHC01, так называемом изоляте SARS-подобного коронавируса, который заражает подковоносых летучих мышей (Rhinolophidae). Сами авторы считают такие эксперименты крайне опасными для человечества.

Недавно представитель МИД Китая Чжао Лицзянь выдвинул обвинение США в занесении коронавируса в Ухань американскими военными, так как именно здесь в середине октября 2019 года проходили Всемирные военные игры с участием военнослужащих более 100 стран, в том числе из США. Свои выводы он сделал после выступления в Комитете по надзору палаты представителей США Роберта Редфилда - директора американского Центра по контролю и профилактике заболеваний о том, что на территории США в прошлом году были обнаружены "нулевые" пациенты, у которых был выявлен искомый коронавивирус, чего не было обнаружено в Китае.

К сожалению, в последнее время исследования COVID-19 приобретают не только научный, а скорее политический и конспирологический характер. На первый план выдвигается поиск доказательств искусственного происхождения вируса. Ни одна из сторон не имеет прямых, но только косвенные доказательства. И всё же, объективности ради, давайте рассмотрим обе точки зрения.

Сторонники теории искусственного происхождения вируса утверждают, что в белке шипа SARS CoV-2 есть элементы, которых нет у других родственных ему коронавирусов. Именно это, по их мнению, является доказательством в пользу лабораторного происхождения вируса. При этом они же уточняют, что даже эти косвенные доказательства в пользу теории искусственного происхождения COVID-19 можно легко объяснить тем, что вирусы способны легко перестраиваться и изменяться в ходе естественной эволюции при переходе от одного хозяина к другому.

В итоге, Всемирной организации здравоохранения пришлось направить в Ухань представительную международную команду с целью разобраться с причинами возникновения пандемии. Доклад по итогам поездки, состоявшейся с 14 января по 10 февраля 2021 года международной группы в район вспышки в Ухань, был подготовлен в соответствии с резолюцией государств-членов, единогласно принятой Всемирной ассамблей здравоохранения в мае 2020 года и призывающей ВОЗ «выявить зоонозный источник вируса и пути его проникновения в популяцию людей, включая возможную роль промежуточных хозяев, в том числе посредством таких усилий, как проведение научных и совместных миссий на местах».

30 марта этот доклад был обнародован и озвучен Генеральным директором ВОЗ. Гендиректор Тедрос Аданом Гебреисус заявил, что получилось в значительной степени расширить знания в этой области. В то же время остаются вопросы, которые необходимо решать посредством проведения новых дополнительных исследований. «Что же касается ВОЗ, то по-прежнему рассматриваются все версии. Этот доклад служит весьма важным началом работы, но не означает ее завершение. Мы еще не выявили источник вируса и должны неизменно придерживаться научных походов и прилагать все свои силы, что мы и делаем», —　отметил он. «Поиск источника вируса требует времени, и наш долг перед всеми —　найти этот источник, что позволит нам принять коллективные меры по уменьшению опасности повторения случившегося. Однократная поездка в научно-исследовательских целях не может дать ответы на все вопросы».

Итак, комиссия не смогла установить источник коронавируса. Дальше в СМИ пошла волна "доказательств" с той и другой стороны. Оставим в стороне откровенно политические разборки и обвинения и сосредоточимся только на научных доказательствах.

Геном "виновника" COVID-19 действительно сильно отличается от родственных ему бета-коронавирусов. А именно, имеет нетипичные для этой группы вирусов вставки. Часть из них кодирует особенности строения S-белка (шипа), который непосредственно связывается с клетками человека. Вирус выглядит так, как будто он отлично адаптировался к жизни в человеческой популяции. Так, как будто он уже давно с ней сосуществовал.

Ученые Уханьского Института вирусологии сразу же после опубликования генома SARS, 10 января 2020 года отправили в научный журнал NATURE статью. Из нее следовало, что в их коллекции был найден самый близкий родственник SARS2 - вирус RaTG13, выделенный еще в 2013 году из образцов гуано подковоносых летучих мышей. Они обитают в провинции Юньнань, почти в двух тысячах километров от Уханей.

Благодаря исследованиям сотрудников этого Института стало известно, что эпидемию атипичной пневмонии SARS в 2002 году породил коронавирус, который пришел в человеческую популяцию от летучих мышей из Юньнани. От них вирус перешёл сначала к циветтам, хищным млекопитающим семейства виверровых. В циветтах вирус мутировал, а уже от них он попал к людям. Предполагалось, что аналогичным образом какой-то вирус летучих мышей, похожий на RaTG13, превратился в SARS2 —　новый коронавирус, спровоцировавший пандемию COVID-19.

Геномы SARS2 и RaTG13 совпадают более чем на 96% (для сравнения: геном другого близкого родственника - SARS1 схож с SARS2 примерно на 80%). При этом наибольшие отличия между RaTG13 и SARS2 наблюдаются как раз в той части генома, которая соответствует области S-белка, помогающей ему эффективно заражать клетки людей. RaTG13 таких «приспособлений» не имеет. Кроме того, подсчитано, что общий предок RaTG13 и SARS2 существовал десятилетия назад (от 30 до 70 лет). И ещё важно, что в природе SARS2 никак не мог бы произойти непосредственно от RaTG13.

Поэтому необходимо было найти недостающее звено или звенья, то есть животное, ставшее «промежуточным хозяином», и/или же вирус летучих мышей, являющийся более близким, чем RaTG13, родственником нового коронавируса. Кандидат в «промежуточные звенья» быстро нашелся. В 2017–2018 годах китайская таможня задержала на границе несколько партий контрабандных малайских панголинов, которые в Китае считаются деликатесом. Животные из контрабандных партий явно были больны; позднее вирусологи из Юньнани выделили из них вирус, отдалённо напоминающий SARS2. Вирус панголинов был намного более дальним родственником SARS2, нежели вирус летучих мышей RaTG13. Но у него была важная особенность: часть его генома, которая кодирует фрагмент «шипа», непосредственно взаимодействующего с клеткой «жертвы», была очень похожа на тот, что есть у нового коронавируса. Казалось бы, вот он момент истины!

Речь идет о вставке, кодирующей так называемый рецептор-связывающий домен (RBD). Именно он позволяет «шипу» вируса связываться с белком человека ACE2. Связывание сACE2, как уже известно, это один из основных способов проникновения SARS2 в клетку человека. Можно было предположить, что вирус летучих мышей типа RaTG13 в какой-то момент эволюции с помощью рекомбинации получил нужную вставку от вируса, похожего на коронавирус малайского панголина. Так мог получиться один из ближайших, генетически и функционально, предков нового коронавируса, вызвавшего нынешнюю пандемию.

Зараженных панголинов искали на Уханьском рынке морепродуктов, где продавали, в том числе живых диких животных. Рынок считался местом, где могла произойти первая передача вируса от животных человеку. На рынке побывали многие первые заболевшие COVID-19. Однако позднее было показано, что еще более ранние заразившиеся никак не были связаны с рынком, а заражения на рынке, скорее всего, произошли от человека, а не от диких животных. Так или иначе, панголинов, зараженных вирусом, идентичным или почти идентичным SARS2, не нашли ни в Ухани, ни в других регионах мира.

Что же есть еще подозрительного в этом коронавирусе? Дело в том, что у коронавирусов этой группы имеется проблема с негомологичной рекомбинацией (так называется обмен генетической информацией с неродственными видами). Иными словами, такие события встречаются крайне редко. Но у SARS2 как раз есть эта важнейшая особенность, которая отличает его от других вирусов его группы. Это многоосновный сайт для протеазы фурина в S-белке. Фурин, кстати, это фермент, сериновая протеаза клеток животных, расположенная в аппарате Гольджи клеток. Помимо обработки клеточных белков-предшественников, фурин также участвует в активации ряда токсинов микроорганизмов и вирусов. В частности, расщепление фурином либо фуриноподобными протеазами необходимо для созревания оболочечных белков ряда вирусов.

Именно эта вставка делает вирус таким эффективным при заражении человека. Благодаря тому, что фурин содержится в клетках многих тканей человека, вирус получает возможность заражать больше органов. Это ухудшает течение болезни и увеличивает заразность вируса для окружающих.

Правда, подобная вставка есть у вирусов и других групп, например, у вирусов птичьего гриппа, ВИЧ или у крайне опасного для людей «верблюжьего» вируса MERS. У других вирусов группы, которой относится новый коронавирус, такого генетического приспособления нет, в том числе и у вирусов SARS1, RaTG13 и у вируса, выделенного из малайского панголина. Все эти особенности вирусов привели некоторых исследователей к идее, согласно которой RaTG13 (или родственный ему вирус) мог бы быть основой для лабораторного конструирования SARS2.

Науке известны методики по «бесшовному» конструированию вирусов-химер с усиленными патогенными свойствами, позволяющие при этом не оставлять видимых следов манипуляций с геномом химеры. Такие работы по «усилению» вирусов проводились и вроде бы были остановлены в США по причине вполне понятных опасений. Занимались учёные также и проблемой редактированием геномов вирусов чтобы "научить" их «перенацеливанию» с одного вида хозяев на другой. Был ли здесь только научный интерес? Продолжаются ли эти исследования еще где-то? Ответа на этот вопрос пока нет.

Естественно, что ученые изучили, есть ли в геноме коронавируса следы искусственного вмешательства. Рассматривались разные варианты: от создания химер с помощью искусственной рекомбинации до искусственного отбора наиболее заразных и вредных вариантов при помощи многократного выращивания вируса в культурах человеческих клеток или в гуманизированных животных.

Результат такой работы был изложен в марте 2020 года в статье в журнале Nature группы вирусологов во главе с Кристианом Андерсеном. Авторы предъявили доказательства, что вирус почти наверняка не мог быть изготовлен в лаборатории последующим причинам:

- В геноме вируса не обнаружено никаких стандартных «скелетов» для создания химер коронавирусов из числа тех, что описаны в литературе.

- Все особенности домена связывания рецептора у SARS2 показывают, что он недостаточно хорошо оптимизирован для человеческого белка ACE2. С разной эффективностью новый коронавирус может связываться с рецепторами норок, домашних и крупных диких кошек, хорьков и т.п.

При этом для эволюции в дикой природе нет таких ограничений. Точечные мутации и рекомбинации происходят случайно, создается множество чуть отличающихся копий вируса. Часть из них закрепляется в случае успеха данного варианта вируса при взаимодействии с новым хозяином, другая часть до поры до времени не играет никакой роли и не приносит вреда, а потому просто копируется при размножении. То есть в природе ничто не мешает естественному появлению такой химеры из разных не самых эффективных для заражения человека составляющих.

Следов искусственного отбора в геноме SARS2 Андерсен и соавторы также не обнаружили. Напротив, они нашли аргументы в пользу того, что такого отбора не было. Как отметили авторы, неизвестно, каким образом у SARS2 появился сайт для протеазы фурина. Интересно, что появление этого сайта в данном месте S-белка имело еще одно важное последствие. В белке появились удобные места для «посадки» O-связанных гликанов —　особых сахаров, которые часто служат вирусам защитой от иммунитета человека. Это свидетельствует о том, что новый коронавирус не мог быть выращен в культуре человеческих клеток или в подобных животных: для появления такой специфической защиты вирусу требуется взаимодействие с иммунной системой именно человека.

Очень важно, что исследования показали, что сайт для фурина также мог появиться в природе в процессе эволюции. Кроме того, был подробно описан механизм, как такой сайт может появиться без прямой вставки готового материала из другого вируса.

Изучение скорости и типа мутаций SARS2 и RaTG13 показало, что оба вируса эволюционировали от общего предка к нынешнему состоянию по большей части естественным путём, без воздействия путем искусственного отбора в лаборатории.

Выводы из статьи Андерсена и последующих работ можно сделать такие:

- Нет никаких указаний на то, что вирус создан с помощью одной из техник искусственной рекомбинации. Вирус вполне мог появиться в результате эволюции в природе.

- В геноме нового коронавируса нет указаний на то, что он подвергался направленной эволюции в лаборатории. Напротив, есть чёткое указание на то, что вирус эволюционировал под влиянием иммунитета человека, причем до вспышки в конце 2019 года в Ухани. Это значит, что нужно искать людей, которые подверглись заражению новым коронавирусом (или похожим на него вирусом) до осени 2019 года.

Конспирологическую версию COVID-19 с обвинениями Китая запустил экс-президент США Дональд Трамп. В апреле 2020 года Трамп сослался на доклады разведывательных служб США, согласно которым вирус то ли был произведён в лабораториях Уханьского Института вирусологии, то ли хранился там, в готовом виде и «сбежал». Сами разведчики возразили, что никакими доказательствами искусственного происхождения вируса они не обладают. Отрицал такую теорию и главный советник властей США по борьбе с коронавирусом Энтони Фаучи.

В докладе ВОЗ вопросу искусственного происхождения вируса посвящено полторы страницы; эксперты просто сообщили, что считают это событие «исключительно маловероятным».

Китайская сторона сообщает, что сама постановка вопроса есть не что иное, как политически мотивированная конспирология. Вируса COVID ни в одной лаборатории Китая до начала эпидемии не было, утверждают они, работы по его созданию не велись.

14 мая 2021 года 17 известных ученых-вирусологов и эпидемиологов в открытом письме, опубликованном в журнале Science, потребовали нового, углубленного исследования. Письмо подписал также пионер конструирования коронавирусов Ральф Барик. Не списывает со счетов идею о "побеге" вируса из лаборатории теперь и Энтони Фаучи, который до того долго воевал против аналогичных воззрений Трампа. Очевидно, политический ветер подул в другую сторону. В письме сказано: "Необходимо добиться большей ясности по поводу происхождения этой пандемии. Мы должны серьёзно относиться к гипотезам, как о естественном, так и о лабораторном происхождении, пока у нас не будет достаточно данных, чтобы отвергнуть одну из теорий. Расследование должно быть прозрачным, объективным, основанным на данных, с независимым надзором, чтобы свести к минимуму влияние конфликта интересов. Как учреждениям общественного здравоохранения, так и исследовательским лабораториям необходимо сделать записи общедоступными. Исследователи должны задокументировать достоверность и происхождение данных, на основе которых проводился анализ и сделаны выводы таким образом, чтобы результаты анализа могли быть воспроизведены независимыми экспертами".

При этом некоторые учёные-подписанты письма от 14 мая оговариваются, что по-прежнему считают вариант со «скачком» вируса от животного более предпочтительной идеей, нежели теория «побега или утечки» и, тем более, теория «рукотворного» вируса. Однако они хотят, чтобы эти теории стали предметом адекватной научной дискуссии и призывают к большей прозрачности исследований и аудита. В противном случае, следующая пандемия может оказаться неподъёмной ношей для мировой экономики и приведет к краху мировой финансовой системы."