Одна аминокислота отделяет вирус летучей мыши от пандемии

Пандемия COVID-19 показала: вирусы животных способны перейти к людям и вызвать катастрофу мирового масштаба. Но почему одни вирусы летучих мышей остаются навсегда в своих хозяевах, а другие превращаются в угрозу для человечества? Группа учёных из UCSF, Медицинской школы горы Синай (Нью-Йорк), Института Пастера и Онкологического центра Фреда Хатчинсона дала на этот вопрос неожиданно конкретный ответ: дело может быть в одной-единственной аминокислоте. Исследование опубликовано в журнале Cell Host & Microbe.

SARS-CoV-2 и его почти-родственник из мира летучих мышей

Учёные сравнили два коронавируса: SARS-CoV-2 — возбудитель COVID-19 — и RaTG13 — его близкий родственник, обнаруженный у подковоносых летучих мышей в Юньнани (Китай). Геномы этих вирусов совпадают на 96,2% — чрезвычайно высокий показатель родства. Тем не менее RaTG13 заражает только летучих мышей и не адаптирован к человеческому организму.

Как такое возможно? Команда под руководством Невана Крогана, директора Института количественных биологических наук UCSF, составила детальные карты взаимодействия белков обоих вирусов с иммунными белками лёгочных клеток двух видов — летучих мышей и людей. Для каждой пары «вирусный белок — иммунный белок» учёные фиксировали, насколько прочно они связываются и как это влияет на ответ организма-хозяина на инфекцию.

Результаты показали принципиальное отличие: единственная аминокислотная замена в одном из вирусных белков кардинально меняет то, как вирус взаимодействует с иммунными белками в клетках лёгких летучей мыши и человека. Именно это различие, по мнению авторов, определяет, способен ли вирус адаптироваться к новому хозяину и вызвать тяжёлое заболевание.

Молекулярные «подписи» опасности

Практическое значение открытия огромно. Пока для оценки угрозы вирусного зооноза (перехода вируса от животных к людям) учёные в основном опираются на генетические сиквенсы. Но последовательность генов лишь намекает на функцию — она не объясняет, как именно белок вируса будет взаимодействовать с иммунной системой конкретного хозяина.

Новый подход картирует эти взаимодействия на уровне белков, позволяя считывать «молекулярные подписи» — характерные паттерны, которые предсказывают риск зооноза.

«Разница между вирусом, который остаётся в летучих мышах, и тем, что перекидывается на людей и вызывает катастрофические болезни, может сводиться к поразительно малым генетическим изменениям», — сказал Кроган. — «Картируя эти взаимодействия на уровне белков — для двух вирусов и двух видов — мы можем читать молекулярные подписи, которые предсказывают риск перехода. Это именно та система раннего предупреждения, которая нужна миру».

Ключевые выводы исследования:

• Одна аминокислотная замена в вирусном белке меняет паттерн его взаимодействия с иммунными белками хозяина — у летучих мышей и у людей по-разному.
• Именно эти изменения сдвигают ответ иммунной системы в пользу способности вируса вызывать тяжёлую болезнь у людей.
• Предложенный метод позволяет заранее выявлять вирусы с высоким потенциалом зооноза — ещё до появления вспышки.

Новый стандарт для надзора за пандемиями

До сих пор большинство программ мониторинга опасных вирусов фокусировалось на геномном секвенировании и классификации по эволюционному родству с известными патогенами. Новая работа предлагает дополнительный уровень анализа — функциональный, на основе белок-белковых взаимодействий.

Если такой подход масштабировать на тысячи вирусов летучих мышей, ещё не попавших в поле зрения человека, появится возможность ранжировать их по реальной угрозе и направлять ограниченные ресурсы эпидемиологического надзора именно туда, где риск перехода наиболее высок.

Читайте также по теме: вспышке Эболы в Конго и Уганде.

Особую актуальность это приобретает в свете того, что летучие мыши — самые крупные в мире «резервуары» вирусов: в 14 семействах летучих мышей обнаружено более 4000 последовательностей коронавирусов, и большинство из них ещё даже не получили научных названий.