В новой статье, опубликованной в журнале Genome Biology and Evolution, говорится, хотя с 2019 года вирус COVID-19 демонстрировал быструю мутацию, она происходила в пределах определенных генетических вариантов. Эти генетические границы не претерпели изменений. Несмотря на опасения специалистов относительно ускоренной эволюции вируса COVID-19, последние изменения в его структуре оказались довольно незначительными: вирус изменялся посредством комбинации уже имеющихся мутаций. Он не увеличил число генетических путей, доступных для его эволюции.
Начиная с первого случая заражения человека в конце 2019 года, SARS-CoV-2 продемонстрировал стремительную эволюцию, породив новые варианты с характеристиками, обеспечивающими их успешное распространение среди людей. Результаты предыдущих исследований указывают на то, что эти варианты не имели тесной генетической связи с первоначальными штаммами. Это побудило многих исследователей предположить, что изменения в структуре шиповидного белка – «шипа» или «короны» на микроскопических изображениях COVID-19 – стали ключевым фактором эволюции вариантов SARS-CoV-2, позволяя вирусу приобретать новые мутации, которые ранее были для него недоступны.
Эпидемия, вызванная вирусом SARS-CoV-2, стала наиболее масштабной катастрофой за последние десятилетия, спровоцировав глобальную смертность, экономические потери и социальные сдвиги. Тем не менее, антипандемические мероприятия, основанные на современных технологиях, включая возможность проведения широкомасштабного секвенирования, привели к формированию уникального и ценного научного массива информации.
Используя возможности глобального секвенирования генома, определения структуры белков и целенаправленных исследований, ученые изучили вирус. Они проанализировали большие объемы данных о SARS-CoV-2, чтобы определить, как структурные особенности белков влияют на его эволюцию, и выяснить, приводят ли изменения в структуре шиповидного белка к повышению вирулентности. Для выявления структурных ограничений на различных этапах эволюции и оценки динамики изменений в вариантах SARS-CoV-2 исследователи использовали ряд вычислительных методов.
Анализ показал, что SARS-CoV-2 прошел через несколько этапов эволюции. Начальный этап, характеризующийся нейтральной диверсификацией, завершился в конце 2020 года, когда стали появляться мультимутантные варианты вируса. Всемирная организация здравоохранения классифицировала варианты с предполагаемыми изменениями в характеристиках, таких как повышенная заразность или способность избегать иммунного ответа, как варианты, вызывающие обеспокоенность. Однако, несмотря на беспрецедентно большой и подробный объем данных, ученые не выявили никаких подтверждений того, что структурные ограничения претерпели существенные изменения или оказали влияние на эволюцию S-белка SARS-CoV-2. Несмотря на высокую частоту мутаций и значительное селективное давление, S-белок SARS-CoV-2, после адаптации к человеческому организму, продемонстрировал устойчивость к структурным изменениям.
Похоже, что, несмотря на стремительную эволюцию SARS-CoV-2 в период пандемии, спектр структурно допустимых мутаций претерпел незначительные изменения. Анализ полученных данных указывает на то, что возникновение новых штаммов определялось не ослаблением структурных ограничений, а формированием новых комбинаций мутаций, характеризующихся функциональными генетическими взаимосвязями. Тем не менее, общая тенденция эволюции оставалась тесно связанной со стабильностью шиповидного белка.
«Данное исследование посвящено изучению изменений, которые претерпевает вирус SARS-CoV-2 в процессе эволюции после его распространения среди людей. По словам ведущего автора работы, Джеймса Херцига, существующие ограничения на спайковый белок вируса сдерживают появление новых мутаций. Это позволяет лучше понять поведение других коронавирусов при передаче от одного вида к другому и может сыграть ключевую роль в создании вакцин и лекарственных средств против них».
[Фото: Freepik.com]