Для установления видовой принадлежности животного — хозяина нового вируса, положившего начало пандемии, исследователи применяют компьютерное моделирование, эксперименты на клеточных культурах и на животных.
  

Фото 1. Норки и другие животные, восприимчивые к коронавирусу, могут стать ключом к разгадке происхождения инфекции. Фото: Jorma Luhta / Nature Picture Library

Поскольку все большее число стран заинтересовано в проведении независимого расследования происхождения COVID-19, ученые по всему миру пытаются выяснить, где, когда и как новый вирус попал в человеческую популяцию.

Установление источника — важная мера для предотвращения повторной инфекции, но исследования, включающие применение компьютерного моделирования, работу с культурами клеток и эксперименты на животных, демонстрируют, насколько сложной может быть эта задача.

«Вполне возможно, что мы его не найдем. На самом деле, нам бы исключительно повезло, если бы мы что-то нашли», — считает Люси ван Дорп, генетик из Университетского колледжа Лондона (University College London, UCL).

Существуют веские доказательства того, что первичный хозяин вируса — летучая мышь. Остается загадкой, каким образом вирус попал от летучих мышей к человеку. Большинство исследователей полагает, что это дикий вирус, который, вероятно, передался человеку через промежуточный вид. Но пока вирус не обнаружен в дикой природе, исключить другие версии его происхождения нельзя.

Президент США Дональд Трамп высказал предположение, что вирус мог вырваться из лаборатории Уханя, где и случилась первая вспышка заболевания. Однако сейчас у этой версии никаких доказательств нет.

Тем не менее, мировые лидеры призывают к проведению расследования с целью выявления источника болезни. Европейский Союз и десятки стран поддержали проект предложения, представленного Всемирной ассамблее здравоохранения, ключевому руководящему органу ВОЗ, которая недавно провела онлайн-встречу с представителями стран-участниц. Это предложение предусматривает «научные и партнерские полевые миссии» для «выявления зоонозного источника вируса и путей его проникновения в человеческую популяцию, включая возможную роль промежуточных хозяев».

Единственный способ с уверенностью сказать, от какого животного пришел вирус, — найти зараженный организм в дикой природе, — считает Аринджей Банерджи, исследователь коронавируса в Университете МакМастера в Гамильтоне (Онтарио). «Другие подходы дадут вам только анекдотические свидетельства», — утверждает он.
Однако вирус уже так широко распространился среди людей, что обнаружение его у животных не обязательно подтверждает их статус промежуточных хозяев, поскольку они могли быть вторично инфицированы людьми, предупреждает Ли Синг Гуанг, исследователь эволюции вирусов в Уханьском университете биологической инженерии (Wuhan University of Bioengineering). «Ситуация сейчас очень сложная».

Летучие мыши как источник коронавируса

Сначала ученые решили взглянуть на геном вируса и сравнить его со схожими патогенами, обнаруженными у других животных. В конце января, спустя несколько недель после того, как был полностью секвенирован геном SARS-CoV-2, ученые Уханьского института вирусологии опубликовали в интернете полную последовательность генома коронавируса, найденного у подковоносых летучих мышей (Rhinolophus affinis) провинции Юньнань в 2013 г., который с тех пор хранился в их лаборатории. Этот геном, названный RaTG13, на 96 % совпал с таковым у SARS-CoV-2, что говорит о высокой степени родства и служит строгим свидетельством в пользу кандидатуры летучих мышей в качестве первоначального источника новой инфекции.
 

Фото 2. Многие ученые считают, что источником нового коронавируса стали летучие мыши. Фото Alex Hyde / Nature Picture Library

Специалист в области вычислительной биологии Франсуа Баллу и его коллеги в UCL, включая ван Дорп, а также другие команды, исследуют геномные базы данных животных в поисках коронавирусов с еще большим сходством. Разница в 4 % между SARS-CoV-2 и RaTG13 означает, что прошло около 50 лет с тех пор, как вирусы отделились от общего предка и пошли разными эволюционными дорогами, считает ван Дорп.

Промежуточное звено

Панголины стали первыми подозреваемыми в списке промежуточных хозяев. Две исследовательские группы в Китае сообщили, что они обнаружили сходство между SARS-CoV-2 и коронавирусом, выделенным из тканей конфискованного малайского панголина (Manis javanica) (торговля панголинами в Китае законодательно запрещена).
 

Фото 3. Панголин — одно из первых животных, заподозренных в качестве промежуточного носителя коронавируса. Фото Suzi Eszterhas Wild Wonders of China / Nature Picture Library

Коронавирусы панголинов оказались слишком непохожими на SARS-CoV-2, чтобы их можно было считать их его предками. Однако вследствие того факта, что панголины пока остаются единственными среди млекопитающих, помимо летучих мышей, носителями коронавирусов, имеющих общие черты с SARS-CoV-2, исключать их из кандидатов в промежуточные хозяева не стоит.

Ученые пытаются найти сходные вирусы и у других животных. Предок SARS-CoV-2 может скрываться в лабораторных образцах различных тканей, говорит Аарон Ирвинг, исследователь инфекционных болезней в Медицинской школе Duke-NUS (Duke-NUS Medical School) в Сингапуре. «Во многих лабораториях хранятся замороженные образцы тканей», — утверждает он.

Совместно с Тропическим ботаническим садом Сишуанбаньна Китайской академии наук в Юньнане (Chinese Academy of Sciences (CAS) Xishuangbanna Tropical Botanical Garden) Ирвинг планирует исследовать образцы тканей диких животных, собранные в ходе реализации программ по надзору за дикой природой, на наличие коронавирусов, сходных с SARS-CoV-2. Он также планирует открыть новую лабораторию в Чжэцзянском университете-Эдинбургском университете в Ханчжоу (Zhejiang University-University of Edinburgh Institute) для изучения коронавирусов летучих мышей, тупай, цивет и других млекопитающих, как только получит соответствующее разрешение. Но в феврале Китай ввел запрет на разведение диких животных, и большинство ферм сейчас борются за то, чтобы сохранить своих цивет живыми, рассказывает Ирвинг. «Когда я добьюсь разрешения, может уже быть слишком поздно», — говорит он.

Геномные улики

Изучение генома самого SARS-CoV-2 также может указать нам промежуточных хозяев. Адаптируясь к среде обитания, вирусы часто начинают кодировать свои белки, используя нуклеотидные паттерны, сходные с таковыми в геноме хозяина. Исследователи в UCL с помощью машинного обучения пытаются выделить паттерны-кандидаты в генетическом коде SARS-CoV-2 и понять, к геному каких животных они адаптированы. 

Однако не все исследователи склонны доверять этому подходу. В первые же дни пандемии сотрудники Научного центра здоровья Пекинского университета (Peking University Health Science Center) отметили сходство между паттернами кодирования белка SARS-CoV-2 и участками генома двух видов змей. Теория о промежуточном паразитировании вируса в этих рептилиях была довольно быстро опровергнута другими экспертами, которые указали на небольшой размер выборки и ограниченный набор данных, а значит, совпадения могли быть случайными.

Экспериментальное заражение различных животных — один из способов проверить, как вирус адаптируется к новому хозяину. Ши Йи, сотрудник Института микробиологии Китайской академии наук в Пекине (CAS Institute of Microbiology), планирует вводить инактивированный штамм RaTG13 различным животным, включая летучих мышей, кошачьих лемуров и свиней, чтобы посмотреть, появятся ли у него мутации, похожие на таковые у SARS-CoV-2. Если сходство обнаружится, это позволит предположить, в каких видах животных вирус мог побывать до того, как попал к людям.

Список подозреваемых

Определение группы видов животных, которых может инфицировать SARS-CoV-2, — еще один способ сузить круг поиска промежуточных носителей. «Узнавая о восприимчивости различных видов и потенциальных путях передачи вируса в дикой природе Китая, мы становимся на шаг ближе к идентификации резервуара и промежуточных хозяев возбудителя», — считает Барт Хаагманс, вирусолог Медицинского Центра Университета Эразмус в Роттердаме (Erasmus MC). На сегодняшний день известно, что инфекции подвержены представители многих видов. Лабораторные исследования демонстрируют чувствительность к SARS-CoV-2 среди кошек, нильских крыланов (Rousettus aegyptiacus), хорьков, макак-резусов и хомяков. За пределами лаборатории фиксируются случаи заражения домашних кошек и собак, тигров и львов в зоопарках и норок на фермах — вероятнее всего, от людей.

Исследователи пытаются применять вычислительное моделирование и клеточную биологию. Типичным путем проникновения SARS-CoV-2 в клетки является рецептор белка АПФ2 (ангиотензинпревращающий фермент 2). Команда исследователей под руководством Кристины Оренго, биоинформатика UCL, занимается моделированием структуры АПФ2 у более чем 215 позвоночных [1]. Они обнаружили, что рецепторы многих млекопитающих, включая овец, шимпанзе и горилл, обладают сродством к белку Spike на поверхности вируса, что говорит от потенциальной восприимчивости этих видов к инфекции.

Но результаты моделирования не всегда подтверждаются экспериментом. Например, модель Оренго показывает, что летучие мыши имеют низкий риск заражения, а лабораторные данные демонстрируют обратное. Группа под руководством Юэн Квок-юна, микробиолога Гонконгского университета (University of Hong Kong), обнаружила [2], что вирус успешно размножается в крошечных органоидах, выращенных из кишечных стволовых клеток китайских подковоносых летучих мышей (R. sinicus).
Данные о восприимчивости животных к вирусу позволяют узнавать о природных резервуарах инфекции и прогнозировать возможные источники заражения людей, рассказывает Мишель Бейкер, специалист по сравнительной иммунологии Государственного объединения научных и прикладных исследований в Джелонге (Австралия) (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation). Она считает, что попытка сузить круг подозреваемых должна быть основана на анализе видов, близко контактирующих с летучими мышами. 

Первоочередной круг поиска — это китайские фермы диких животных, полагает Питер Дасзак, президент Альянса экологического здоровья в Нью-Йорке (non-profit EcoHealth Alliance). Нередко случается так, что на фермах животные — от цивет до енотовидных собак и нутрий — изначально извлеченные из дикой природы для дальнейшего разведения, содержатся по соседству с сельскохозяйственными видами, такими как свиньи, куры, утки. «Эти фермы хорошо доступны для летучих мышей, которые кормятся по ночам в загонах, некоторые из них гнездятся в самих зданиях. Они также тесно контактируют с жилищами людей, а значит, в зоне риска находятся целые семьи», — говорит Дасзак, который за последние 15 лет посетил множество деревень, рынков диких животных, пещер с гнездовьями летучих мышей и фермерских хозяйств в Южном Китае. 

«Возможность распространения вируса через цепочку “дикие животные — домашний скот — человек” очевидна», — считает он.