Омикрон може да се е развил в мишка. И е много вероятно да е лабораторна

Изследователи наскоро съобщават за интригуващи нови доказателства за възможен произход на варианта Омикрон от мишка.

Техният документ, публикуван на сървъра за препринти BioRxiv, бе бързо публикуван няколко дни по-късно от Journal of Genetics and Genomics и противоречи на преобладаващата теория, която твърди, че полимутантната шипова последователност на Омикрон трябва да е еволюирала при продължителна инфекция в пациент с тежка имунна недостатъчност.

"Взети заедно, нашите резултати показват, че предшественикът на Омикрон е прескочил от хора към мишки, бързо натрупва там мутации, благоприятстващи заразяването на този гостоприемник, след което прескача обратно към хората, което показва междувидова еволюционна траектория за избухването на Омикрон", пишат авторите в резюмето на работата си.

Основната идея на изследователите е, че една мишка е могла по някакъв начин да бъде заразена с човешкия вирус чрез "обратен зоонозен трансфер", при което вирусът еволюира до всички или до много от своите 45 нови мутации и след това се прехвърля обратно на хората. Въпреки че тази теория може да обясни защо Омикрон изглежда толкова аномален, начертан върху филогенетичното дърво срещу обичайните заподозрени, има един основен проблем: мишият хомолог на човешкия ACE2 рецептор (hACE2), който вирусът обикновено използва, за да проникне в клетките, има малък афинитет към стандартния шипов протеин на SARS-CoV-2.

Ввсъщност, толкова малък, че за да проучат вируса в това предпочитано за изследване животно, учените трябва изкуствено да въведат hACE2, за да създадат мишки, които показват значителен респираторен дистрес при инфекция. Тези трансгенни мишки са направени по няколко начина, като всеки демонстрира уникални тъканни тропизми*, пенетрантност** и съответно различни ефекти. Изследователите са провели експерименти, при които човешката hACE2 последователност е интегрирана в генома на гостоприемника и индуцирана под контрола на редица различни промотори***. Аденовирусите могат също да се използват за инфектиране на клетки и създаване на репликиращи плазмиди****, които разпространяват hACE2 кода.

_{*Тропизъм – растежно движение в отговор на някакъв дразнител}

_{**Пенетрантност (термин от популационната генетика) - индикатор за фенотипната проява на алел в популацията. Алел е всяка една от формите на различните състояния на един ген, определящи различни фенотипни белези. Алелите се наричат също алтернативни функционални състояния на гените.}

_{***Промотор (promoter) - ДНК нуклеотидна последователност, разпознавана от РНК полимераза като стартова площадка за началото на транскрипцията. Промоторът играе ключова роля в инициирането на транскрипцията.}

_{**** Плазмидите са малки, циркулиращи ДНК-молекули, които могат да се срещнат в клетките на бактериите, но не принадлежат към същинската ДНК на бактериалната хромозома. Плазмидът е физически разделен от бактериалната хромозома генетичен елемент, способен да съществува устойчиво и да се реплицира самостоятелно.} 

Като се имат предвид тези въпроси, как стандартният човешки вирус е могъл да се наложи при мишки?

^{Филогенно дърво на Омикрон. Кредит: Wikipedia}

Няколко неща са очевидни по отношение на това как последователността на Омикрон и последствията от болестта се различават от тези на другите четири забележителни варианта. Въпреки че Омикрон изглежда по-предаваем, той също така изглежда по-малко тежък - изглежда е насочен към различни класове клетки в дълбоките бели дробове. Тези типове клетки могат да включват бронхиоларни и алвеоларни епителни клетки, алвеоларни макрофаги и различно обозначени пневмоцити.

Едно потенциално обяснение тук е, че Омикрон не разчита за проникване през ACE2 и последващо разцепване на TMPRSS за инфекция. Вместо това изглежда предпочита директно ендозомно поглъщане и разцепване с помощта на ензимите катепсини.

TMPRSS2 и фурин са два разцепващи протеините ензима, открити в много човешки клетки. Смята се, че SARS-CoV-2 използва тези два ензима, за да оформи вирусните протеини "ключове" и да навлезе в човешките клетки. Експериментите потвърждават, че когато тези човешки ензими са повече, SARS-CoV-2 заразява по-лесно клетките и прави свои копия.

_{Ендозомно поглъщане. Кредит: Jong-Mok Kim et al.}

Авторите разсъждават, че ако Омикрон всъщност e еволюирал в мишка, тогава подробните специфики на 45-те мутации, които е придобил там, трябва пряко да отразяват това. С други думи, тъй като всеки организъм има различни механизми за възстановяване на ДНК, изобилие от нуклеотиди, предпочитания на кодони, окислителен фон и други мутационни oсобености, тогава „молекулярният спектър“ на техните мутации трябва да разкрие специфичен за вида подпис. На практика това е трудна задача. Независимо от това, изследователите са успели да конструират този спектър, използвайки относителното изобилие на всяка от 12-те възможни замествания на базови двойки (т.е. A>C, T или G, C>A, T или G и т.н.) по време на еволюцията на Омикрон (B.1.1.529) от най-близкия си предшественик.

Те откриват, че молекулярният мутационен спектър от Омикрон е много различен от този на всички други вируси, които са еволюирали при пациенти, но много наподобява спектъра, свързан с еволюцията на вируса в миши клетки.

Докато други изследователи наскоро предположиха, че Омикрон може да е възникнал след кратък набег в междинен гостоприемник като плъх или дори елен, това проучване е първото, което изяснява картината на този вид зоонозен пренос в две стъпки.

Авторите предполагат, че наблюдаваните мутации, както и инсерциите* и делециите*, могат да бъдат в съответствие с еволюцията при мишки в продължение на около една година. Въпреки това, оценяването на времената на мутационно забавяне като това е изключително трудно и често малко субективно.

^{*Инсерция (от англ. insertion - вмъкване) - генетична мутация, при която в ДНК последователност става вмъкване на друга ДНК последователност.
*Делеция (лат deletio - унищожаване) - хромозомни преустройства, при които се губи участък от хромозомата.}

Няколко от тези мутации и свързаните с тях вирусни атрибути са доста любопитни. Например все още необяснимото вмъкване на разцепващия протеините ензим, наречен фурин, в SARS-CoV-2 е позволило да придобие допълнително ключовата аминокиселина аргинин в Омикрон, модификация, която изглежда допълнително подобрява обработката на фурина по време на жизнения цикъл на вируса. 

До този момент е показано, че европейският прилеп има коронавирус, който е само на една мутация от притежаване на място за разцепване на полибазов фурин на позицията на шипа S1/S2. Други характеристики на Омикрон включват избягване на защитата както от ваксина, така и от лечение с антитела, но не и от Т-клетъчни отговори. От друга страна, образуването на синцития чрез необуздано клетъчно сливане не се наблюдава в Омикрон, което потенциално може да обясни защо протича по-малко тежко.

Ако Омикронът се прехвърля от мишка, тогава каква е била тази мишка? Дива или лабораторна мишка? Ако е последното, цяла мишка или само клетки от мишка?

Още през 2007 г. изследователи демонстрират, че могат напълно да адаптират човешкия SARS-CoV-1, за да заразят фатално мишки и да предизвикат респираторен хаос след 15 преминавания на вируса през последователни животни. Ралф Барик и негови колеги (Ralph Baric et al.) наскоро успяват да направят това само за 10 преминавания за SARS-CoV-2. Тези видове манипулации очевидно ускоряват няколко пъти еволюцията, която би се случила в естествена среда. Точно затова се прави. В клетъчни култури, нещата могат да се направят още по-бързо. Същите видове издайнически молекулярни мутационни спектри, изследвани в Омикрон, както е отбелязано по-горе, могат също да бъдат очевидни след преминаване в специфични клетъчни линии. С други думи, характеристиките на вирусите могат лесно да еволюират при специфични условия на клетъчна култура в зависимост от нуждите и склонностите на специфични използвани клетъчни линии.

Например Делта вариантната инфекция в клетките на Calu-3 (епителни клетки на аденокарцином на човешкия белия дроб), които имат висока експресия на TMPRSS и благоприятстват пътя на инфекция на клетъчната повърхност, е четири пъти по-висока от инфекцията от Омикрон. В HEK клетки (човешки ембрионални бъбречни клетки), оптимизирани за ендозомно навлизане, от друга страна, инфекцията с Омикрон е 10 пъти по-висока от Делта.

Когато трансгенни клетъчни линии с потенциално хибридно експресиране на рецептори на различни видове се намесят в хаоса, може да стане много трудно да се разбере какво да очакваме.

Справка: Changshuo Wei et al, Evidence for a mouse origin of the SARS-CoV-2 Omicron variant, Journal of Genetics and Genomics (2021). DOI: 10.1016/j.jgg.2021.12.003

Източник: Omicron might have come from a mouse, but what kind of mouse?
John Hewitt, Medical Xpress

Още по темата

30/12/2021

Медицина

Равносметка и обновена информация за варианта Омикрон от д-р Петър Марков

27/12/2021

Медицина

Омикронът избягва имунната защита, предизвикана от ваксини и естествена инфекция (видео)

21/12/2021

Математика

Как да изчислим времето, за което се удвояват случаите на Омикрон

09/12/2021

Медицина

Нов тип Омикрон вече се появи в много държави