Ген, щам или щаб – какво ни пази от яростта на коронавируса?

Този разговор тръгна от една публикация във Фейсбук, в която проф. Маргарита Апостолова, молекулярен биолог и ръководител на лаборатория „Медико-биологични изследвания“ към БАН, споменава изследване на китайски учени, които разчитайки геноми на новия коронавирус от изолати на пациенти, са установили множество негови мутации. Проф. Апостолова твърди, че подобно изследване на щама (щамовете) на вируса, който се разпространява у нас, би помогнало на служителите в здравеопазването да проследят пътя на епидемията, да разберат начините на предаването му, да определят скоростта на еволюцията на вируса и да разберат дали той се променя по начини, които влияят на терапевтичната ефективност.

Проф. Апостолова споменахте, че различните мутации на COVID-19 имат различна вирулентност. Казахте, че подобно секвениране (прочитане) на генома на вируса е възможно у нас, как това би помогнало?

Вирулентността на вируса показва способността му да заразява. Тя се различава в зависимост от това какъв е гостоприемникът – дали е човек, животно или нещо друго, защото има и вируси, които заразяват растенията и самата реакция е много по-комплексна.

Секвенирането на генома означава да се прочете какви нуклеотиди, как точно са поставени в гените на съответните индивиди, вируси, растения и т.н. Човекът има ДНК, която се намира в хромозомите. ДНК представлява двойна верига, която е много дълга. Една човешка клетка има ДНК, която ако се разгъне по дължина, е оттук до Луната. Тя е като броеница. Като верижка от топчета и срещу нея има друга подобна верига, която е разположена по точно определен начин. Топчетата са нуклеинови бази, които изграждат ДНК.

Чисто химично това са формулите, които могат да се разчетат. Защото тези бази са групирани по точно определен начин. Когато трябва да се създаде един белтък от ДНК, чрез различни процеси се получава матрична РНК (мРНК). Тази мРНК излиза от ядрото, отива в цитоплазмата на клетката. Ако си представим клетката като едно яйце, образно казано, черупката е клетъчната мембрана, белтъкът е цитоплазмата, а жълтъкът е ядрото.

мРНК отива в рибозомната структура, която прави протеините. В зависимост от това как са подредени топчетата в мРНК, в рибозомата разположена в цитоплазмата се синтезират точно определени белтъци. Те изграждат нашето тяло, имат различни функции, специфични са за органи, могат и да са общи, има много такива.

За този вирус е характерно, че той няма ДНК. По-голямата част от вирусите, заразяващи днес животни и растения, са РНК вируси. Има двуверижни РНК вируси, както и (+) и (-) РНК вируси, чиито геноми са едноверижни РНК или с положителна, или с отрицателна полярност. РНК вирусите имат малки геноми, които рядко надвишават 30 kb по размер и голяма част от техните геноми се използват за кодиране на протеини, участващи във вирусната РНК репликация (размножаване).

Такъв е геномът и на SARS-cov-2 вируса, който съдържа само (+) РНК и е причината за COVID-19. Въпреки че подробностите за репликацията на РНК значително варират сред вирусите, в организацията на механизма за репликация на различни РНК вируси ясно съществуват общи принципи. Клетъчните мембрани на гостоприемника (в случая човешките клетки) играят важна роля в (+) репликацията на вирусната РНК. Клетките, заразени с (+) РНК вируси, се пренареждат, за да образуват места за закрепване на вирусните комплекси за размножаване.

Повечето (+) РНК вируси с помощта на един ензим РНК-зависима-РНК полимераза инициират деново синтезата на РНК. Осъществява се презаписване на информацията от нуклеиновата киселина върху друг вид РНК, в няколко етапа, и така, докато се осъществи размножаване на вирусната РНК. Образно казано, това (+) РНК копие на SARS-cov-2 верижката си изгражда друго и минавайки през различните процеси, си синтезира много повече от РНК-то, което му е необходимо, за да заразява. Едновременно с това се създават и белтъците, които формират предпазната обвивката на вируса, която се нарича капсид. Основната му роля е да защитава генетичната информация на вируса и да улеснява навлизането му в клетките на гостоприемника. Както черупката на яйцето, защитава неговото съдържание. В случая с коронавируса, в тази черупка има захванати протеини, стърчащи навън. Един такъв е S-протеинът, който се захваща за ангиотензин-конвертиращия ензим-2 (ACE-2) в човешкото тяло.

Това са шипчетата, които виждаме на снимките?

Да. Отделно към това, което виждаме на снимките, в „черупката на яйцето“ има захванати и други протеини, които също играят важна роля в процесите на заразяване на човешките клетки. АСЕ-2 – този ензим се произвежда в много клетки в нашето тяло. Той е директно свързан с регулирането на кръвното налягане. Когато вирусът се свърже с този протеин, можем да кажем, че се „маскира“ и след това АСЕ-2 се закача за неговите си рецептори на нашите клетки.

Организмът ни има допълнителен механизъм, който помага да се изчистим от „външни или ненужни тела“. Този процес се нарича фагоцитоза. Този вирус има възможността хем да влезе по специфичен начин, хем да използва и механизма на фагоцитозата. Това е установено и при предишните вируси, които предизвикаха инфекции 2002 г. – SARS-CoV и 2012 –MERS-CoV. Разликата е в генетичната информация, с MERS-CoV съвпадението е 50%, а със SARS-CoV е 80%.

Сегашният коронавирус е и хитър, защото точно в областите, в които се свързва S-протеина (шипчетата на снимките) има промени в подреждането на аминокиселините в белтъчната веригата, които улесняват неговото по-силно свързване за АСЕ-2 и навлизане в клетките.

Значи той се усъвършенства, за да бъде все по-адаптивен?

Да, дори скоро четох една статия, проучване от голям научен колектив, което ме привлече. Става дума за изследване на всички познати човешки клетки, които имат АСЕ-2. Когато вирусът заразява, организмът реагира с отделянето на интерферон гама – това е друг протеин, който засилва работата на имунната система и се опитва да понижи активността на вируса.

Това е един от играчите в отбора на имунния отговор. Но се оказва, че при инфекцията SARS-CoV-2 интерферонът засилва синтеза на АСЕ-2 в човешки епителни клетки на дихателните пътища. С други думи вирусът е толкова “умен”, че се опитва за своя цел да използва нашата защитна система. Ясно разбираемо е защо се случва – всички патогени търсят пътища да преодолеят имунната ни защита. Откритието на учените предполага, че SARS-CoV-2 може да са е развил така, че да се възползват от естествените ни защитни механизми на гостоприемник, отвличайки някои протеини за собствена употреба.

Това не звучи много оптимистично.

Не звучи, но подлежи на допълнително проучване, защото въпреки това има публикации, според които интерферон тип 1 блокира действието на вируса. Затова не го коментирам все още в много големи детайли, докато не излязат категорични резултати. Действието на сегашния вирус е много непознато, макар да има 80% идентичност със SARS-CoV. Неговото действие обаче се различава страшно много. Имаме по-висока смъртност, но също така и много по-лесно предаване от човек на човек. През 2002 г. от 8000 заразени в 33 държави имаше около 800 починали.

Правилно ли е да мислим, че колкото по-смъртоносен е един вирус, толкова по-кратък е животът му?

Едва ли. Понастоящем не са налични специфични антивирусни или одобрени ваксини за борба срещу SARS и пандемията на SARS 2002-2003 г. беше спряна от конвенционални мерки за контрол, включително ограничения за пътуване и изолация на пациенти, но вирусът продължава да съществува, не се активира. Докато в сегашния случай човешкият организъм се оказа много неподготвен. Може би с изключение на страните, в които е имало БЦЖ ваксина.

Казахте, че би било добре да се изследва щамът, който върлува у нас. Какви са Вашите наблюдения от картината, която се очертава на епидемията у нас, с по-лек щам ли имаме работа?

Искам да разбера. Затова стана и тази дискусия в социалните мрежи. За съжаление, в България не се изследват щамовете, а имаме възможности за това.

Какви ресурси и какво време би отнело едно такова изследване?

Не са големи ресурсите и времето не е много. Има различни центрове в България, които притежават апарати от висок клас, освен Центъра по молекулна медицина, в които тези изследвания може да бъдат направени. Зависи на каква платформа ще се използва. Единият начин е остатъкът от РНК-ато, което се изолира, за да се прави PCR, да се дава и в тези лаборатории. Може да се направи ДНК от него и да се разчетат „топчетата“ във верижката. Системата си има биоинформатична обработка, която казва къде има променени „топчета“, защото това е много важно. Това може да бъде съпоставено с известните данни от другите държави в света.

През март и в началото на април имаше около 350 секвенирани (разчетени) генома, сега има повече 3000. Ако това се направи у нас, ще можем да разберем откъде точно е дошъл вирусът. В началото на април, прочетоха такива последователности и видяха, че в света към онзи момент е имало три основни групи, които си приличат. Първата група е Китай – клъстер А. След което диференцират още две такива групи, наречени филогенетични клъстери. За да си го представите по-лесно, това е като човешкото родословно дърво. Тръгва от корена – Китай, след което се разклонява. Според промените в топчетата по веригата са доказали, че има още два филогенетични клъстера – единият В и другият С. В клъстер В също влизаха различни промени от пробите секвенирани в Ухан и в други държави, различни от Китай – в Източна Азия, в САЩ, Канада, Мексико, Франция и Германия. Имаше и случаи, открити в Италия и Австралия.

Както споменах, разчитането на генома на вируса би помогнал на служителите в здравеопазването да проследят пътя на епидемията, да разберат пътищата на предаване, да определят скоростта на еволюцията на вируса и да разберат дали вирусът се променя по начини, които влияят на терапевтичната ефективност.

Какво означава това?

Това означава, че един носител на вируса, който е излязъл от Ухан, най-вероятно е минал през Германия, предавайки заразата, да речем, и в този период няма промяна в генетичната последователност. След което той е заразил няколко други, те са отишли в изброените страни и докато е преминавал от човек в човек също постепенно е настъпила промяна във вируса. От една страна, това е хубаво, защото няма висока скорост на промени. Същевременно, отивайки примерно в Бразилия, се създава допълнителен клъстер, появяват се нови мутации.

Това е нормален механизъм. Когато един вирус се възпроизвежда, клетъчната машина допуска грешки. Има механизми, които поправят тези грешки. Но когато грешката не се поправи и си остане - води до такава промяна. Такава грешка може да доведе до промяна в протеините, които помагат за навлизането му или за изграждане на самия вирус, или на други важни места, това може да направи вируса по-активен или по-неактивен.

Тук вече идва и статията от Китай. Те са събрали пробите от пациенти още преди да излезе първата секвенция на вируса, преди установяването на генетичното му родословно дърво, но ги изследват много по-късно и намират 30 и няколко мутации, от които 19 са нови. С вирусните изолати от хората заразяват клетки от маймуна и наблюдават, че има много голяма разлика в това как вирусът създава нови вирусчета във въпросните клетки – до 270 пъти. Което предполага, но не е единствения фактор, че ако са налице такива разлики в човешката популация, биха могли да имат различна степен на зараза. Ние, хората, като гостоприемници сме много различни и ако при мен и сестра ми близначка (примерно), попадне един и същи вирус, отговорът може да е различен.

Трябва да обърнем внимание на още една научна статия, публикувана от колектив от учени от САЩ и Великобритания. Прочитайки геномите на SARS-CoV-2 от различни пациенти в целия свят, учените установиха „натрупване“ на мутация, която може да предизвиква повишена вирулентност (преносимост). Те са загрижени, че ако D614G мутацията може да повиши преносимостта, това също ще повлияе и заболеваемостта. Тази мутация е започнала да се разпространява в Европа в началото на февруари и с увеличаване на заболеваемостта в света, бързо се превръща в доминираща форма. Представени са и доказателства за рекомбинация (пренос на генетичен материал) между локално циркулиращи щамове, показателни за ко-инфекция на два или повече вирусни серотипове в клетките на един гостоприемник (човек).

Имате три предположения за по-лекото протичане на епидемия у нас: може да имаме по-устойчив геном; може да е последствие от БЦЖ или да не сме срещнали много коронавируси и клетъчният ни имунитет да е запазен. Може ли да коментирате всяка едно от тези хипотези? Устойчив ли е наистина българският геном?

В нашата лаборатория сме изследвали наличието на мутации в АСЕ-2 във връзка с кардиологични заболявания. В гена на този ензим също настъпват такива промени. За нас беше много интересно да ги потърсим, тъй като тук има много хора със сърдечносъдови заболявания. Една от тези причини, които повлияват развитието им по света, са точно промените в АСЕ-2. Установихме, че има такива промени, които са свързани с развитието на сърдечните заболявания. Преди време във връзка с коронавируса се изказа хипотезата, че точно при една от тези мутации, които се наблюдават в и българската популация, вирусът ще се хване по-слабо към съответния ензим и респективно по-малко заразява. Това е нещо, което също трябва да се докаже. Но аз ви казах, че дори да има промяна във връзката рецептор-вирус има друг механизъм, там където няма рецептор, вирусът да може да зарази по друг начин.

Второто „може“ за БЦЖ ваксината е много интересно, защото съвсем наскоро Институтът за биотехнологични изследвания в Ню Йорк, САЩ, публикува проучване за това как са заразени и каква е смъртността при нации, които използват БЦЖ ваксината. Тяхното заключение е, че там където е била прилагана, заболеваемостта е по-малка и смъртността е по-ниска. За съжаление, България я няма във въпросната статия. Но това няма значение, защото ние знаем, че прилагаме въпросната ваксина. Данните там са категорични, че в зависимост от приложението на съответната ваксина заболяването протича по-леко. За ролята на БЦЖ ваксината обаче няма директни научни доказателства и ние ги очакваме в най-близко време.

Как оценявате клетъчния ни имунитет?

Въпросът е по-скоро за имунолог. Не мога да си позволя да го коментирам. Това, което знам е, че имунната система е многокомпонентна. Клетъчно-медиираният имунитет е имунен отговор, който не включва антитела. По-скоро клетъчно-медиираният имунитет е активирането на фагоцити, антиген-специфични цитотоксични Т-лимфоцити и освобождаването на различни цитокини в отговор на антиген. Хелперните Т-клетки осигуряват защита срещу различни патогени. Нативните (незрели) Т-клетки, които все още не са срещнали вирусен антиген, се превръщат в активирани, след като се срещнат. Най-общо казано отговорът на клетките зависи от „проведените тренировки“. Изказва се хипотезата, че причината децата да не се разболяват много от COVID-19 е различният им клетъчен имунитет сравнен с този при възрастни.

Много се коментира в последно време и българската молекула. Имате ли мнение по въпроса? Зародиха се спорове около нейното финансиране.

Подробности за самата молекула не бяха изнесени и е логично да не се прави, защото би донесла пробив за създателите си. Аз не знам дали е финансирана и се съмнявам да е финансирана директно от държавата, но това не значи, че създателите не са кандидатствали в някакви конкурси за иновации, примерно за малки и средни предприятия и т.н. Но дори и така да го разгледаме, не може държавата да влива пари в частни структури. Държавните помощи към частните структури подлежат на отделни европейски директиви, валидни и у нас.

Каква би била ползата от тази молекула, как ще се прилага?

Много е сложно. За да отговоря, аз трябва да знам каква е молекулата и на какъв етап на развитие е. Но процесът на изследване на такава молекули е много дълъг. Дори и в ситуация на пандемия. Защото една молекула, излизайки от компютъра, първо минава през предклинични изследвания върху клетки и опитни животни, след което следват клинични изследвания. Ако всичко е наред с предклиничните изпитания, а това изследване изисква в най-добрия случай две-три години, тези молекули навлизат в клинични изследвания върху хора. Там има четири нива на клинични изпитания и обикновено изискват около 10 години. Първо се дава на здрави доброволци, за да се види има ли странични ефекти и т.н. Това, за което става дума в българския вариант, когато го чух, беше само компютърен модел на молекулата.

Да Ви "изкарам" от науката и да ви попитам за ефекта от мерките у нас. Одобрявате ли ги, ефективни ли са според Вас?

Аз смятам, че приложените мерки бяха правилни. Видях какво беше със SARS в Канада, и съм наясно, че този вирус е с много по-голяма мощ на разпространение. И разпространението му към момента се овладя много добре. Подчертавам "към момента", защото не знаем какво ще стане в следващите дни. Аз не съм видяла първия пик. Имахме един ден, в който бяха регистрирани 90 положителни носители за коронавирус. Това, разбира се, зависи и от броя тестове, които се правят. За да приключа с мерките ще кажа, че бяха добре организирани и играят своята роля. Но… аз съм привърженик на политиките в медицината и в науката.

Като че ли не можем да ги отделим политиката от науката в сегашната ситуация?

Политиката е важна, защото решенията се вземат от политическите лидери. Всички тези лидери не се очаква да разбират от медицина. В щаба, който имаме, нещата се случват, експертите са компетентни. Това, което ми прави впечатление, че ако изключим Медицинския съвет, където ситуацията беше странна, другите учени не се търсят, или поне аз не знам. Още в началото, защото знаем какъв е капацитетът на експертност в РЗИ-тата, много биолози предложихме да помогнем. Но ние изобщо не бяхме потърсени. Нашата директорка инициира разговор с щаба и отговорът първоначално беше много странен – „съберете си биолози, купете китове и тествайте“, нещо в този смисъл. По-късно Институтът по молекулярна биология се включи в изграждане на диагностичната лабораторията в „Пирогов“. Оказа се, че Столична РЗИ на 16 април е пуснала писмо до институти на БАН по пощата, забележете, с официално запитване за доброволци за подпомагане на диагностиката в РЗИ. В момента ги подбират по някакви критерии.

Трябва много сериозно да се отнасяме към сегашната ситуация. Аз например много се учудвам, когато виждам, че лекари, на които им се взимат интервюта, са със свалени маски или маската им пада. Ще ви споделя случай, който за мен е тотално показателен. Обикновените хора, особено възрастните, не знаят как да си сложат маската, не знаят как се носи. Съвсем скоро в един от магазините, в които пазарувам, срещнах бившата си класна, сложила маската не така, както трябва. Казвам ѝ, че не е правилно, а тя ме пита – „Сигурна ли си, защото аз видях по телевизора как да я нося“.

Другото важно е маските, които получаваме от Китай, да се тестват за стандарт. Защото има съобщения, в които страни връщат техните маски. Сега Великобритания е впрегнала Института си по професионално здраве и околна среда да проверява качеството на защитните изделия. Така сляпо вярваме, че са качествени, а могат да си отидат хората на всякакви линии. Затова е добре да използваме българските предпазни средства, които бяха сертифицирани, защото вярваме в тях. Същото беше с тестовете за антитела. Колеги във Великобритания разказаха, че в началото на епидемията, в един от градовете са били внесени тампони, с които се вземат пробите, които се оказали заразени. Което е убийствено, защото вместо да се вземе проба от един човек, се заразява. Не трябва да вярваме на всичко, което внасяме, то трябва да бъде проверявано и да отговаря на стандартите.

С наложената социална изолация какво постигнахме – дали не удължихме агонията?

Въпросът е много комплексен – ние със сигурност удържахме положението и нямаме много заразени. Въпросът с колективния имунитет е много сложен, защото няма категорични данни, че се изгражда такъв към този вирус. Има съобщение и, че антителата, които създаваме, са с много нисък титър. Мисля, че би било добре, ако този вирус намали вирулентността си, както се случи с предишните – SARS или MERS – няма да изчезне, но по-малко ще заразява. Тогава можем да бъдем по-спокойни.

Агония не виждам. Ясно е, че при нас заболяването протича по-леко и е много по-добре, защото смъртността е много ниска. Не е това, което виждаме в Ню Йорк. При положение, че знаем какви са технологичните им възможности и въпреки това все още не могат да се справят.

Има и няколко подводни камъка – вирусът може пак да стане вирулентен и да се появи в някакъв период от време някъде. Дори да имаме изграден имунитет, ако има такъв, зависи как той ще разпознае новия вирус, който може да е мутирал. Надявам се при нас с лятото да отшуми. Може да се реши по-младите хора, при които за момента инфекцията протича по-леко, да бъдат пуснати поетапно на работа, за да се възстановява икономиката. Или да се отмени извънредното положение. Ние сме с едни от най-либералните ограничителни мерки. Но с възрастните хора е по-сложно. Те просто не разбират какво се случва.

Прочетохте ли съобщението на СЗО, в което се коментира "моделът Швеция"?

Не съм чела оригинала и трябва да видя дали наистина е така, защото данните за заболеваемост и смъртност в Швеция растат. Не го подкрепям в никакъв случай. Като се има предвид и малко неадекватната реакция на СЗО в началото на пандемията. Истината ще излезе наяве. СЗО закъсняха, но така беше и в САЩ. Не бива да подценяваме това, което постигнаха НОЩ у нас. Това, което беше впечатляващо обаче е, че САЩ, Германия Англия и други страни обединиха всичките си учени, да помогнат за разгадаване на вируса, да помогнат в диагностиката и задължиха компании, които се занимават с друго, но имат възможности, да извършват диагностика. Ние го направихме, с това което можем. Но никой не обедини потенциала на България, за да започне едно голямо тестване.

Проф. Маргарита Апостолова е учен, изследовател, ръководител на лаборатория по Медико-биологични изследвания към Институт по молекулярна биология „Академик Румен Цанев“ на Българската академия на науките. Завършила е Химическия факултет на Софийски университет „Св. Климент Охридски“, в който се дипломира с магистърска степен по неорганична и аналитична химия (1989). През 1993 г. получава научна степен Доктор по биология.

През периода 1994 – 2000 г. последователно специализира в Националния институт по околна среда в Цукуба, Япония, Университета на Западен Онтарио (Лондон, Канада), и Университета на Торонто, Канада. Носител е на индивидуална стипендия по програмата „Мария Кюри“ на Европейският съюз, изследвайки ролята на цинка в патогенезата на атеросклерозата в „Rowett Research Institute“ (Абърдийн, Шотландия, 2001 – 2002). През 1999 г. печели престижна научна награда за изследванията си в сферата на Токсикологията на металите (Metal Specialty Section of the Society of Toxicology, 1999 Student Research Award, Postdoctoral), Ню Орлиънс, САЩ.

От 2003 г. отново работи в Института по молекулярна биология „Академик Румен Цанев“ и от 2005 г. е ръководител на лаборатория „Медико-биологични изследвания“ към същия институт.

Следете новините ни в GoogleNews