С помощью моделирования и сравнения ученые оценили, насколько эффективно S-белок SARS-CoV-2 взаимодействует с ангиотензинпревращающим ферментом 2 в тканях людей и двенадцати других видов животных, включая летучих мышей и панголинов. Анализ показал, что наибольшее число водородных связей S-белок формирует с человеческим мембранным белком.
Тяжелые последствия пандемии Covid-19 подтолкнули к созданию вакцин и лекарственных препаратов, но также выявили необходимость изучения путей передачи вирусов от животных к человеку. Выяснение механизмов, посредством которых патогены переходят между разными видами, поможет предотвратить или уменьшить вероятность повторения подобных ситуаций, а также прояснить причины различной степени восприимчивости людей к инфекциям.
Исследователи из Университета Флиндерса и Университета Монаша в Австралии провели сопоставительный анализ способности вируса SARS-CoV-2 заражать людей и различных животных, как домашних, так и диких. Для создания компьютерной модели ключевых рецепторов ангиотензинпревращающего фермента 2 у 12 видов были использованы геномные данные. Полученные модели позволили оценить прочность взаимодействия S-белка шипа SARS-CoV-2 с мембранными белками животных.
«S-белок, обладающий функциональным многоосновным сайтом расщепления фурином на границе S1-S2, играет важную роль в способности SARS-CoV-2 к заражению. Мономер S-белка включает в себя слитый пептид, два гептадных повтора, внутриклеточный домен, N-концевой домен, два субдомена и трансмембранный участок. В качестве основного рецептора для S-белка был определен ACE2. Их взаимодействие рассматривается как критически важный начальный этап инфекционного процесса и передачи вируса от человека к человеку. ACE2 обнаруживается в легких, артериях, сердце, почках и кишечнике человека. Разные виды демонстрируют значительные различия в своей восприимчивости к SARS-CoV-2. Учитывая, что последовательности ACE2 варьируются между видами, представляется вероятным, что различия в способности S-белка связываться с ACE2 у различных видов могут определять их восприимчивость к инфекции», — заключают ученые в своей работе, опубликованной в журнале Scientific Reports.
Ученые считают, что различия в структуре ACE2 у разных видов животных и у человека могут влиять на взаимодействие с S-белком, что позволяет определить восприимчивость к инфекции. Следует учитывать, что слабая способность спайкового белка связываться с ACE2 у мышей, скорее всего, объясняет их невосприимчивость к SARS-CoV-2.
Непосредственное определение аффинности белка-шипа к ACE2 у различных видов – задача, требующая значительных затрат времени и ресурсов. В связи с этим, исследователи решили использовать альтернативный подход, основанный на структурном моделировании, выполненном с помощью компьютерных методов. Животные, включенные в анализ, либо являлись потенциальными переносчиками SARS-CoV-2 человеку (летучие мыши и панголины), либо демонстрировали восприимчивость или устойчивость к инфекции (тигр, мышь, хорек, хомяк, циветта, обезьяна), либо представляли собой важные сельскохозяйственные или домашние виды (корова, лошадь, кошка, собака). Полученные данные свидетельствуют о том, что SARS-CoV-2 взаимодействует с человеческим ACE2, расположенным на поверхности клеток во всем организме, с большей силой, чем с аналогичными белками у любого из исследованных животных, включая летучих мышей и панголинов.
«По словам профессора Дэвида Винклера, одного из авторов исследования, это обстоятельство представляется весьма неожиданным, особенно если учитывать, что животное могло быть изначальным носителем инфекции.
Согласно компьютерному моделированию, SARS-CoV-2 плохо взаимодействует с белком ACE2 летучей мыши. Исходя из этого, ученые полагают, что вирус не мог передаться человеку непосредственно от рукокрылых. Таким образом, если пандемия имеет природное происхождение, то патоген, вероятно, попал к людям через промежуточного хозяина, который пока не идентифицирован. Возможно, речь идет о панголинах, как предполагали ранее: у их мембранного белка и вируса выявили самую высокую способность к связыванию среди всех животных, задействованных в исследовании.
«В целом, исключая интригующие данные, полученные при изучении панголинов, наше исследование продемонстрировало высокую приспособленность коронавируса к инфицированию людей. Кроме того, ученые подтвердили, что некоторые домашние животные, такие как кошки, собаки и коровы, также могут поддаваться воздействию этой инфекции. Для установления точной причины происхождения коронавируса все еще необходимы масштабные и всесторонние научные работы, основанные на фактических данных. Механизм адаптации SARS-CoV-2, благодаря которому он стал столь опасным для человека, пока не выяснен.