Израильские ученые моделировали в лаборатории эволюцию вируса при пандемии COVID-19

Ученые из Института Вейцмана с коллегами воссоздали эволюцию коронавируса в лаборатории. Разработанный метод позволяет предсказывать мутации патогенов и поможет предотвращать будущие пандемии.

Когда в начале 2000-х был зарегистрирован вирус SARS-1, человечество получило серьезное предупреждение. Но вспышка быстро угасла. В результате уроки не были "выучены": фундаментальная наука не получила масштабных инвестиций, а превентивные вакцины так и остались на полках лабораторий. Весной 2020 года за это пришлось заплатить триллионами долларов и миллионами жизней. Мир охватила паника перед неизвестностью, поскольку никто не мог предсказать, как поведет себя новый патоген – SARS-2.

Сегодня исследователи меняют сам подход к борьбе с пандемиями, переходя от запоздалой реакции к опережающему моделированию. Ученые смогли полностью воссоздать трехлетний эволюционный путь коронавируса в лаборатории. Они разработали метод направленной эволюции, который позволяет предсказать эволюцию вируса. Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Вместо того чтобы работать с опасным живым патогеном, биологи взяли только изолированный ген, отвечающий за рецептор-связывающий домен – своего рода "багор", которым вирус цепляется за человеческие клетки. Используя специальный метод копирования, намеренно совершающий множество ошибок, ученые искусственно создали миллионы мутантных версий этого гена. Затем эти варианты внедрили в клетки обычных пекарских дрожжей, превратив их в живые фабрики, демонстрирующие на своей поверхности самые разные мутации.

Дрожжевые клетки пропустили через сито искусственного отбора, добавив к ним человеческие рецепторы дыхательных путей. Эксперимент показал, что траектория развития вируса принципиально зависит от давления среды. В условиях слабого отбора полезные мутации смешивались с генетическим мусором, не давая явного лидера. Но в условиях жесткого, сильного давления отбора, когда выживали только единичные мутации, раз за разом побеждал один и тот же супер-вариант.

Этот лабораторный победитель оказался поразительно похож на штамм омикрон, который в конце 2021 года вытеснил все остальные разновидности вируса на планете. Эксперимент блестяще подтвердил медицинскую гипотезу: омикрон сформировался в условиях жесткого давления отбора, скорее всего, в организме пациентов с тяжелым иммунодефицитом (в том числе, при ВИЧ). В теле такого хозяина вирус живет месяцами, генерируя триллионы мутаций, а ослабленный, но сопротивляющийся иммунитет постепенно отсекает слабые варианты и шлифует идеальный штамм.

Успех эксперимента открывает эпоху прогностической вирусологии. Теперь, обнаружив любой новый опасный вирус у животных, ученые могут не ждать его прыжка на человека, а заранее просчитать траектории его мутаций в пробирке. Это позволит создавать вакцины и тест-системы еще до того, как штамм-убийца начнет уничтожать людей.