Я в норке! Как коронавирус мутирует в животных и возвращается к людям

В Дании решено уничтожить 17 млн норок, содержащихся на многочисленных пушных фермах. Причина – вспышки COVID среди животных: за короткое время вирус стремительно изменился и перепрыгнул от норок обратно на людей. Власти страны опасаются, что измененный вирус может сделать вакцинирование неэффективным. Ирина Якутенко рассказывает, почему некоторые животные могут быть идеальным инкубатором для новых опасных штаммов и как снизить риски для человечества.

При чем тут животные

Отношения нового человеческого коронавируса и зверей имеют давнюю историю. Изначально источником SARS-CoV-2 считался рынок морепродуктов и вообще диких животных в Ухане. Однако позже ученые обнаружили минимум 14 пациентов, не связанных с рынком, у которых симптомы ковида проявились еще в декабре. Анализ геномных последовательностей уханьского коронавируса и его родственников, заражающих летучих мышей и панголинов, показал, что ветка, ведущая к SARS-CoV-2, отпочковалась от общего кластера мышиных вирусов где-то в промежутке между 1948 и 1982 годами. Иными словами, предки нынешнего патогена циркулировали в популяциях животных не одно десятилетие. Вероятно, периодически кто-то из них перескакивал на людей, но заносы оказывались неуспешными. Пока в 2019 году одному из вирусов это не удалось.

Произошла встреча SARS-CoV-2 и человека на рынке морепродуктов или в одной из многочисленных пещер, где живут миллионные колонии летучих мышей – неизвестно. Но очевидно, что источником вируса являются именно животные – впрочем, как и для большинства вирусов человека. Эта идея кажется странной, но лишь на первый взгляд. Если поразмышлять еще немного, странной как раз покажется идея уникальных человечьих вирусов. Люди – всего лишь один вид из примерно 5,3 млн, обитающих на планете эукариот – всех, кроме вирусов, бактерий и архей. По другим оценкам, число видов на Земле ближе к 8,7 млн. А если вспомнить, что примерно 99,9% всех когда-либо живших видов вымерло, счет пойдет на миллиарды. И даже если отбросить совсем далеких от нас существ вроде растений, грибов, простейших и так далее и оставить только млекопитающих и птиц, цифры все равно будут космическими. И у каждого из этих миллионов видов есть вирусы.

Если в результате случайного события какой-нибудь из них окажется в другом организме, и тот не сможет сразу дать отпор, у пришлого вируса появляется колоссальное преимущество перед остальными за счет расширения кормовой базы. Перескоки вирусов с одного хозяина на другого случаются не очень часто, но учитывая гигантское число потенциальных хозяев и самих вирусов, даже такие редкие прыжки приводят к тому, что множество вирусов не ограничиваются одним носителем, а умеют заражать сразу несколько порой довольно далеких видов. Уникальная способность вирусов стремительно изменяться дополнительно помогает им, позволяя быстро подстроиться под особенности биохимии нового хозяина.

У пришлого вируса появляется колоссальное преимущество перед остальными за счет расширения кормовой базы

Более того, вирусы могут перескакивать туда-сюда несколько раз. Это означает, что, сбежав от основного хозяина и погостив в каком-нибудь другом организме, тот же вирус может вновь заражать прежних хозяев – и даже вызывать сред них пандемии. Потому что против первого варианта вируса – назовем его вирус 1 – у хозяев уже выработались защитные средства. Но вирус 2, сформировавшийся в телах промежуточных хозяев другого вида, хоть и является потомком первого вируса, но довольно сильно изменен, потому что в гостях времени не терял и усиленно приспосабливался к своему временному дому.

В первые месяцы эпидемии было непонятно, способен ли SARS-CoV-2 перескакивать от людей к другим видам. Но затем трудолюбивые ученые умудрились заразить нашим новым коронавирусом хорьков, хомячков, макак резусов (три эти вида используются как животные модели для исследования разных форм течения коронавирусной инфекции), собак, кошек, яванских макак, зеленых мартышек, обезьянок-игрунок, кроликов, крыланов и тупай. Хорошо цепляют вирус и норки – близкие родственники хорьков. В Нью-йоркском зоопарке коронавирус нашли у тигров и львов, которые подхватили инфекцию от смотрителя. По счастью, SARS-CoV-2 не может заражать свиней и домашних птиц – ученые специально проверяли это. Окажись у него эта способность, миру грозил бы не только эпидемический кризис, но и голод. Может ли уханьский коронавирус размножаться в коровах – до конца неясно. Ученым удалось заразить нескольких телят, но уже через два дня вирусная РНК в их мазках не детектировалась. Передачи вируса неинфицированным телятам тоже зафиксировано не было. Не исключено, что причиной невосприимчивости могут быть собственные коронавирусы коров, которые очень распространены: порядка 90% животных имеют антитела к ним.

Ко всему прочему, кошки, тупайи, хорьки и хомячки в лаборатории не только неплохо подхватывали вирус, но и передавали своим собратьям, подтверждая, что SARS-CoV-2 или его близкие родственники могут расширить ареал обитания и формировать анклавы в других видах. Это важное, но недостаточное условие для зарождения хорошего зоонозного патогена (передающегося от животных людям). Окончательно животный вирус можно назвать опасным для людей, если будет гарантированно перескакивать на них хотя бы в каком-то проценте попыток.

Вирусы – очень изменчивые создания, поэтому могут легко потерять или, наоборот, приобрести те или иные способности, в том числе способность заражать людей. SARS-CoV-2 делает это при помощи своего поверхностного спайк-белка, который цепляется за человеческие рецепторы ACE2. Все виды животных, которых удалось заразить новым коронавирусом, также несут ACE2 рецепторы, однако они немного отличаются от человеческих. Пока спайк-белок может прикрепляться и к тем, и к другим, вирус сохраняет потенциал для межвидового перехода. Если, приспосабливаясь к организму, скажем, хорька, SARS-CoV-2 изменит спайк-белок настолько, что тот перестанет цепляться к человеческим рецепторам, перескок станет сильно маловероятен – по крайней мере, до тех пор, пока вирус не приобретет способность проникать в клетки еще каким-нибудь способом.

Реализация потенциала

Из-за сверхдинамичной эволюции вирусов данные о том, опасны ли патогены, циркулирующие в других животных, для человека, не могут быть получены раз и навсегда. Сегодня еще опасны, а через пару лет уже нет – и наоборот. Поэтому важно постоянно мониторить популяции животных, способных быть гостевыми организмами для SARS-CoV-2. Ситуация с норками на фермах в Дании очень ярко демонстрирует, насколько важно это делать. Датский премьер-министр заявил, что вирус, перескочивший от людей к норкам, не только заразил 12 человек, но еще и сильно изменился. Так сильно, что, возможно, против него будут малоэффективны антитела, выработанные при вакцинации от исходного коронавируса – или в результате естественного заражения. Проверить эти слова пока невозможно – датчане не опубликовали научных статей, которые можно было бы анализировать. Но чисто теоретически такой сценарий вероятен – особенно учитывая, что возможный перескок вируса от норок к человеку – не первый.

Ранее похожую историю описали ученые, исследовавшие вспышки коронавирусной инфекции на норочьих фермах в Нидерландах. Там SARS-CoV-2 начал распространяться еще в конце апреля, летом вирус обнаружили у зверей на 12 из 130 имеющихся в стране ферм, к началу осени в Нидерландах, по распоряжению правительства, уничтожили всех норок – почти 800 тысяч зверей. Причиной радикального решения стала не только эпидемия, но сообщение, что от норок заразились двое работников ферм. Чтобы установить этот факт, большая комиссия эпидемиологов и вирусологов провела специальное расследование. Собранные учеными доказательства практически наверняка исключают любой другой сценарий, кроме перескока вируса от зверей. Потенциальный зоонозный переход имел место на двух фермах: вспышки среди животных на них начались примерно на 10 дней раньше, чем характерные симптомы появились у работников, а тест на SARS-CoV-2 дал положительный результат. Кроме того, последовательности геномов коронавирусов, выделенных из норок и из работников были практически идентичны. Если бы люди заразились из какого-то другого источника, отличий в РНК было бы существенно больше.

Еще один момент, который, очевидно, поспособствовал решению об уничтожении всех содержавшихся в Нидерландах норок – высокая скорость мутаций вируса в их популяции. Анализ показал, что, оказавшись в организме зверей, SARS-CoV-2 изменяется гораздо быстрее, чем он делает это в организме Homo sapiens. Вероятнее всего, вирус меняет свое поведение сразу по нескольким причинам. Первая – чрезвычайная скученность, в которой содержатся зверьки, благодаря которой патоген легко перемещается из организма в организм. Иммунитет каждого нового носителя реагирует на вирус немного по-разному, подстегивая его к изменениям. Вторая причина – неидеальная приспособленность организма норки к человеческому вирусу. Пытаясь адаптироваться, вирус, опять же, стремительно меняется.

В организме норок SARS-CoV-2 изменяется гораздо быстрее, чем в человеческом

У вирусов с нидерландских ферм ученые не обнаружили мутаций, которые бы как-то сказывались на его свойствах. Это неудивительно: изменения происходят случайно и для того чтобы накопились именно нужные, требуется время. Премьер-министр Дании заявил, что коронавирус, распространившийся на фермах в этой стране и перепрыгнувший на сотрудников, несет изменения, которые оберегают его от иммунитета, выработанного после прививки или естественной болезни. Другими словами, изменилась та часть коронавирусной частицы, против которой нацелены защитные антитела. Если это так, даже те, кто переболел или был вакцинирован против человеческого коронавируса, смогут заражаться его норочьим вариантом. И если такой измененный вирус сбежал с фермы в популяцию, это может быть крайне неприятно. Но, повторимся, пока у нас нет других доказательств, кроме слов премьер-министра. И даже он не сообщал, что вирус вырвался за пределы ферм.

Так что пока паниковать рано. Но вот принимать меры, чтобы предотвратить нидерландский и датский сценарий в других странах, безусловно, нужно. Вспышки коронавирусной инфекции среди норок зафиксированы еще в нескольких государствах, которые до сих пор разрешают пушной бизнес – в частности, в Испании и США. И если испанские власти распорядились уничтожить норок, то в США владельцы ферм ограничиваются обещаниями держать все под контролем. Однако анализ данных о вспышках на нидерландских фермах заставляет сомневаться, что это в принципе реально. На фермах с весны действовал карантинный режим, то есть норок с одного предприятия не перевозили на другие – и тем не менее, на некоторых фермах зафиксировано несколько заносов.

Как именно вирус раз за разом попадал туда – неясно, но возможных сценариев несколько. Патоген могли переносить работники ферм: хотя анализ последовательностей вирусных геномов исключает вариант, что это делали постоянные сотрудники, курьерами могли работать временщики, которых на пушных предприятиях много. Еще один возможный переносчик – кошки. Они восприимчивы к SARS-CoV-2 и могут заражать других кошек. Если предположить, что вирус способен перепрыгивать от них и на норок, эти два вида создают постоянный ареал циркуляции коронавируса – точно так же, как его создают норки и работники ферм, которых не ограничивают в перемещении. Учитывая все эти соображения, решение американских властей не закрывать фермы выглядит особенно легкомысленным.