Группа аспирантов на занятиях весеннего семестра по биоинформатике и системной биологии в Иллинойсе отслеживала скорость мутаций в протеоме вируса – коллекции белков, кодируемых генетическим материалом – во времени, начиная с первого генома SARS-CoV-2. опубликовано в январе и завершено более 15 300 геномов позже в мае.
Команда обнаружила, что в некоторых регионах все еще активно возникают новые мутации, что указывает на продолжающуюся адаптацию к среде хозяина.
Но скорость мутаций в других регионах показала признаки замедления, объединяясь вокруг отдельных версий ключевых белков.
"Это плохие новости. «Вирус меняется и меняется, но он сохраняет то, что является наиболее полезным или интересным для себя», – говорит Густаво Каэтано-Аноллес, профессор биоинформатики Департамента растениеводства в Иллинойсе и старший автор исследования.
Однако важно отметить, что стабилизация некоторых белков может быть хорошей новостью для лечения COVID-19.
По словам первого автора Тре Томашевски, докторанта Школы информационных наук в Иллинойсе: «Например, при разработке вакцины вам необходимо знать, к чему прикрепляются антитела. Новые мутации могут изменить все, в том числе способ построения белков и их форму.
Антитело-мишень может перемещаться с поверхности белка и складываться внутри него, и вы больше не можете до него добраться. Знание того, какие белки и структуры остаются, предоставит важную информацию для вакцин и других методов лечения."
Исследовательская группа зафиксировала общее замедление скорости мутаций вируса, начиная с апреля, после начального периода быстрых изменений. Это включало стабилизацию внутри шипового белка, тех маленьких придатков, которые придают коронавирусам их коронный вид.
В рамках спайка исследователи обнаружили, что аминокислота в сайте 614 была заменена другой (аспарагиновая кислота на глицин), мутация, которая охватила всю популяцию вируса в течение марта и апреля.
"Спайк в самом начале был совершенно другим белком, чем сейчас.
Вы с трудом можете найти ту первоначальную версию ", – говорит Томашевский.
Белок-шип, который состоит из двух основных доменов, отвечает за прикрепление к клеткам человека и помогает вводить генетический материал вируса, РНК, внутрь для репликации. Мутация 614 разрывает важную связь между отдельными доменами и субъединицами белка в шипе.
"По какой-то причине это должно помочь вирусу увеличить его распространение и заразность при попадании в хозяина.
В противном случае мутация не сохранилась бы », – говорит Каэтано-Аноллес.
Мутация 614 была связана с увеличением вирусной нагрузки и более высокой инфекционностью в предыдущем исследовании, без влияния на тяжесть заболевания. Тем не менее, в другом исследовании мутация была связана с более высокими показателями летальности.
Томашевский говорит, что, хотя ее роль в вирулентности требует подтверждения, мутация явно опосредует проникновение в клетки-хозяева и поэтому имеет решающее значение для понимания передачи и распространения вируса.
Примечательно, что сайты в двух других известных белках также стали более стабильными, начиная с апреля, включая белок полимеразы NSP12, который дублирует РНК, и белок геликазы NSP13, который проверяет дублированные цепи РНК.
«Кажется, что все три мутации согласованы друг с другом», – говорит Каэтано-Аноллес. "Они находятся в разных молекулах, но следуют одному и тому же эволюционному процессу."
Исследователи также отметили, что участки протеома вируса со временем становятся все более изменчивыми, что, по их словам, может дать нам представление о том, чего ожидать от COVID-19 в будущем.
В частности, они обнаружили увеличивающиеся мутации в белке нуклеокапсида, который упаковывает РНК вируса после попадания в клетку-хозяин, и в белке виропорина 3a, который создает поры в клетках-хозяевах для облегчения высвобождения, репликации и вирулентности вируса.
Исследовательская группа говорит, что за этими регионами стоит следить, потому что растущая неслучайная изменчивость этих белков свидетельствует о том, что вирус активно ищет способы улучшить свое распространение. Каэтано-Аноллес объясняет, что эти два белка влияют на то, как наш организм борется с вирусом. Они являются основными блокаторами пути бета-интерферона, которые составляют нашу противовирусную защиту.
Их мутация может объяснить неконтролируемые иммунные ответы, ответственные за такое количество смертей от COVID-19.
«Учитывая, что этот вирус будет в нашей среде в течение некоторого времени, мы надеемся, что изучение путей мутаций позволит предвидеть движущиеся цели для быстрой терапии и разработки вакцин, поскольку мы готовимся к следующей волне», – говорит Томашевски. "Мы вместе с тысячами других исследователей, секвенирующих, загружающих и курирующих образцы генома в рамках инициативы GISAID, продолжим отслеживать этот вирус."