Российские ученые из Сколковского института науки и технологий и других научных организаций опубликовали предварительные результаты исследования, в которых подробно раскрывается рекордно долгий случай коронавирусной инфекции. «Лента.ру» рассказывает о COVID-19, который продлился 318 дней, а также о причинах и потенциальных последствиях аномального заболевания.
SARS-CoV-2 является, по сути, доказательством эволюционного процесса: патоген накапливает мутации, которые увеличивают шансы на передачу вируса от человека человеку и способствуют так называемому ускользанию от иммунного ответа. Это наблюдается как в масштабе человеческой популяции, так и в организме отдельных пациентов, страдающих от длительного COVID-19, особенно у тех, у кого иммунная система ослаблена, и кто получал в качестве терапии моноклональные антитела или плазму людей, уже излечившихся от коронавируса. Мутации облегчают проникновение вируса в клетку-хозяина или влияют на сайты связывания нейтрализующих антител.
Кроме ускользания от гуморального иммунного ответа мутантные штаммы могут также сопротивляться клеточному ответу. Клеточный иммунный ответ включает презентацию антигена, когда специальные клетки, называемые антигенпрезентирующими, выставляют на своей поверхности фрагменты чужеродных молекул (антигенов), чтобы с ними «ознакомились» Т-лимфоциты, которые затем начнут атаковывать носителей антигенов, таких как вирусные частицы. Главную роль в этом процессе играет человеческий лейкоцитарный антиген (HLA) или главный комплекс гистосовместимости (ГКГ), который связывается с антигеном и образует комплекс, распознаваемый рецепторами Т-лимфоцитов.
В популяции SARS-CoV-2 приобретает изменения, которые снижают связывание вирусных антигенов с молекулами HLA, что ослабляет распознавание антигена соответствующими цитотоксическими T-лимфоцитами. В то же время существует огромное разнообразие различных HLA, что осложняет коронавирусу ускользание от Т-клеточного иммунитета. Однако при длительном COVID-19 у одного единственного пациента коронавирус может обзавестись мутациями, делающими его менее уязвимым для Т-клеточного иммунитета этого пациента.
Пациентка, обозначаемая как С, была больной неходжкинской B-клеточной лимфомой в четвертой стадии и получила положительный тест на коронавирус в апреле 2020 года. Она имела тесный контакт с пациентом А, который позже умер от пневмонии, вызванной COVID-19. Первый отрицательный тест был получен почти через год — в марте 2021 года. За это время женщина несколько раз страдала от серьезных симптомов, включая жар и воспаление легких. В период с 30 апреля 2020 года по 16 февраля 2021 года пациентка С прошла несколько сеансов химиотерапии по нескольким различным схемам, включая ритуксимаб на основе моноклональных антител. 28 декабря 2020 года была проведена трансплантация аутологичных гемопоэтических стволовых клеток (ауто-ТГСК). В январе 2021 года, ближе к концу периода исследования, пациентка получила три дозы плазмы выздоровевших от COVID-19.
Исследователи изолировали живой вирус из образцов мазков, полученных 20 августа 2020 года и 19 февраля 2021. Ученые проследили за эволюцией SARS-CoV-2 в организме пациентки с помощью полногеномного секвенирования и филогенетического анализа, которые подтвердили, что все это время женщина страдала от одной и той же инфекции. Ученые подтвердили, что женщина не передала вирус никому другому.
За год вирус претерпел 40 мутаций, что намного быстрее (15,3 на 10 в минус четвертой степени в год), чем это происходит в популяции. SARS-CoV-2 адаптировался к организму одного человека, улучшая свою способность выживать и быстрее размножаться. Некоторые мутации затронули S-белок и были аналогичны тем, что наблюдались у других пациентов. Практически все накопленные изменения были обнаружены в образцах перед переливанием донорской плазмы переболевших COVID-19 пациентов, что отвергает возможность влияния переливания на эволюцию коронавируса. Накопленные мутации были распределены по вирусному геному, затронув 18 из 26 генов коронавируса.
Исследователи обнаружили избыток несинонимичных мутаций, то есть таких мутаций, которые способствует изменению одной аминокислоты в кодируемом белке на другую. 8 мутаций (41 процент среди несинонимичных) пришлись на ген S-белка, который по длине составляет 13 процентов вирусного генома, а две (9 процентов) затронули ген вирусной оболочки, который составляет 0,8 процента генома. Многие из наблюдаемых аминокислотных замен свидетельствовали о положительном отборе в общей популяции, а некоторые из них, как уже известно, участвуют в ускользании от антител. Однако эволюция вируса не привела к заметному снижению чувствительности к нейтрализующим антителам.
Ранее считалось, что мутации в S-белке закрепляются в ответ на действие нейтрализующих антител, однако пациентка С не имела В-лимфоцитов, производящих антитела, и у нее почти отсутствовали антитела IgG. Кроме того, многие мутации пришлись на белки, которые не находятся на поверхности вирусной оболочки, что можно объяснить тем, что у пациентки все еще действовал выраженный Т-клеточный иммунитет, который способен распознавать любые белки, закодированные в геноме вируса. Таким образом, SARS-CoV-2 приобрел защиту, позволяющую вирусу противостоять только той части иммунитета, которая сохранилась у больной.
Ученые подтвердили, что мутации, накопленные вирусом, позволяли ему направленно уклоняться от презентации антигенов аллелями главного комплекса гистосовместимости пациентки, делая Т-клеточный иммунный ответ неэффективным. Многие мутации изменили аминокислотный состав антигенов и ухудшили или даже предотвратили их презентацию с участием HLA. Эти результаты согласуются с гипотезой, согласно которой пациенты с ослабленным иммунитетом представляют собой своеобразную горячую точку вирусной адаптации, вызывая «скачки» в скорости обычно равномерной эволюции SARS-CoV-2. Как пишут авторы в статье, такой скачок мог, например, произойти при возникновении варианта B.1.1.7 («альфа»), который достиг глобального доминирования в начале 2021 года.
Подобно ускользанию от антител, мутации, способствующие ускользанию от Т-клеточного иммунитета, приобретенные коронавирусом у отдельного хозяина, могут дать начало новым эпидемиологически важным вариантам, если они распространятся на население в целом. Исследователи прогнозируют, что генетические изменения, наблюдаемые у пациентки С существенно бы повлияли на иммунитет против SARS-CoV-2 в общей популяции в случае дальнейшей передачи усовершенствованного варианта.