Биологи НИУ ВШЭ объяснили механизм эволюции коронавируса

Коллектив исследователей при участии учёных факультета биологии и биотехнологии НИУ ВШЭ проследил эволюцию коронавируса от уханьского варианта до омикрона и обнаружил, что большинство геномных мутаций SARS-CoV-2 происходят под воздействием процессов в кишечнике и в лёгких. Именно в этих органах вирус учится избегать блокирующих его молекул микроРНК. Результаты работы опубликованы в издании Journal of Medical Virology.

Когда вирус попадает в организм человека, он проникает в клетку и начинает создавать множество собственных копий, чтобы поразить другие клетки. Но в процессе копирования могут возникать случайные ошибки — мутации. Если мутации каким-то образом улучшают свойства вируса, например, позволяют ему уходить от иммунитета носителя или быстрее распространяться в популяции, то они могут закрепиться и привести к появлению нового штамма.

Так происходило и с вирусом SARS-CoV-2. Известно о множестве тысяч геномных мутаций коронавируса, существует более 10 его вариантов, не считая побочных линий. Благодаря международной базе данных GISAID, в которой собрано более 14 млн геномных последовательностей коронавируса, эволюцию SARS-CoV-2 можно проследить в мельчайших подробностях. Уже доказано, например, что мутации коронавируса формируются под давлением вырабатываемых организмом антител на участке спайк-белка, который первым соприкасается с человеческой клеткой (рецептор-связывающий домен). Однако, как оказалось, это далеко не единственный механизм эволюции вируса.

Исследователи факультета биологии и биотехнологии НИУ ВШЭ Антон Жиянов, Максим Шкурников, Ашот Нерсисян и Александр Тоневицкий предположили, что вирус может меняться под воздействием микроРНК. Это маленькие некодирующие последовательности РНК длиной всего 22 нуклеотида, которые помогают регулировать количество белков в человеческих тканях. МикроРНК связываются с молекулами РНК, если находят на них обратно-комплементарный участок, и затем блокируют последующую трансляцию РНК в белок. То же самое происходит и в клетках, пораженных вирусом. Молекулы микроРНК способны «налипать» на РНК-вирусы и блокировать их дальнейшее копирование.

Авторы исследования изучили геномные последовательности SARS-CoV-2 с декабря 2019 года по настоящее время и обнаружили, что микроРНК в кишечнике и в лёгких перестали распознавать вирус. В ходе эволюции в геноме вируса произошли замены, которые нарушили комплементарность участка РНК, по которому микроРНК узнавала вирус, что привело к появлению более заразного и устойчивого штамма — омикрона.

В лёгких и кишечнике есть эпителий, через который вирус проникает в организм человека, поэтому мы сосредоточились именно на этих органах, хотя для контроля рассматривали и другие, например мозг, печень, мочевой пузырь. Только в кишечнике и в лёгких мы увидели, что количество участков, где микроРНК прилипала к вирусу, сильно сократилось. Особенно заметна была утрата этих участков у варианта омикрон.

Антон Жиянов
Автор исследования, научный сотрудник Лаборатории молекулярной физиологии НИУ ВШЭ

Интересно, что ковид ассоциирован в основном с дыхательными проблемами, но наши результаты говорят о том, что вирусу важнее убегать от иммунитета именно в кишечнике — там наиболее заметно сокращение количества участков связывания. Вирус может жить в кишечнике очень долго, вызывая вялотекущий воспалительный процесс, который мы называем лонг-ковид. Возможно, именно на этом этапе закрепляются полезные для вируса мутации, и он возвращается в популяцию с новыми силами.

Максим Шкурников
Автор исследования, заведующий Лабораторией исследований молекулярных механизмов долголетия НИУ ВШЭ

IQ

24 августа, 2023 г.