В новой статье, опубликованной в журнале Genome Biology and Evolution, говорится, что, хотя с 2019 года вирус COVID-19 быстро мутировал, он делал это в рамках ограниченных генетических каналов. Эти генетические ограничения остались неизменными. Несмотря на опасения ученых по поводу стремительной эволюции вируса COVID-19, недавние изменения в его структуре были относительно ограниченными: вирус мутировал за счет сочетания уже существовавших мутаций. Вирус не расширил количество генетических путей, по которым он может эволюционировать.
После первого заражения человека в конце 2019 года SARS-CoV-2 подвергся быстрой эволюции, в результате чего появились новые варианты вируса со свойствами, которые позволили им успешно распространиться среди людей. Предыдущие исследования показали, что эти варианты не были тесно связаны с основными, которые появились до них. Это натолкнуло многих ученых на мысль, что изменения в структуре шиповидного белка (шип или «корона» на знакомом всем микроскопическом изображении COVID-19) способствовали эволюции вариантов SARS-CoV-2, позволяя вирусу приобретать новые мутации, которые ранее были для него невозможны.
Пандемия SARS-CoV-2 стала самой разрушительной за последние десятилетия, вызвав глобальную смертность, экономический ущерб и социальные потрясения. Однако меры по борьбе с пандемией с использованием современных технологий, таких как доступное массовое секвенирование, привели к появлению уникального и значимого научного массива данных.
Исследователи воспользовались масштабными возможностями глобального секвенирования генома, определения структуры белков и целенаправленных исследований, связанных с вирусом. Они взяли обширные наборы данных о SARS-CoV-2, чтобы изучить роль структурных ограничений белков в эволюции SARS-CoV-2 и выяснить, делают ли изменения в структуре шиповидного белка вирус сильнее. Ученые применили несколько вычислительных методов для определения структурных ограничений на разных фонах и оценили, как ограничения менялись в ходе эволюции вариантов SARS-CoV-2.
Исследование показало, что SARS-CoV-2 прошел несколько этапов эволюции. Первоначальный период нейтральной диверсификации закончился в конце 2020 года, когда начали появляться мультимутантные варианты вируса. Всемирная организация здравоохранения отнесла варианты с предполагаемыми фенотипическими характеристиками, такими как повышенная контагиозность или способность ускользать от иммунного ответа, к вариантам, вызывающим обеспокоенность. Однако, несмотря на беспрецедентно обширный и детализированный набор данных, исследователи не нашли никаких доказательств того, что структурные ограничения существенно изменились или сыграли какую-либо роль в эволюции вариантов S-белка SARS-CoV-2. Несмотря на высокую частоту мутаций и сильное селективное давление, S-белок SARS-CoV-2 после перехода к человеческому хозяину оказался подвержен сильным структурным ограничениям.
Судя по всему, несмотря на то, что SARS-CoV-2 быстро эволюционировал во время пандемии, набор структурно жизнеспособных мутаций существенно не изменился. Полученные данные свидетельствуют о том, что появление новых штаммов было связано не с ослаблением структурных ограничений, а с новыми комбинациями мутаций, имеющими функциональные генетические взаимодействия. Однако в целом эволюция по-прежнему сильно зависела от стабильности шиповидного белка.
«Наше исследование посвящено динамике эволюционных изменений SARS-CoV-2 в период после его проникновения в человеческую популяцию. Сильные ограничения, действующие на спайковый белок вируса, ограничивают возможные мутации, — говорит ведущий автор исследования Джеймс Херциг. — Это помогает понять, как могут вести себя другие коронавирусы при переходе от одного вида к другому, и может иметь важное значение для разработки вакцин и противовирусных препаратов».
[Фото: Freepik.com]
