Исследователи Сколтеха и их коллеги изучили самый продолжительный на сегодня случай заболевания COVID-19 у пациентки с ослабленным иммунитетом, которая болела 318 дней. Исследование позволило выявить мутации, которые помогают коронавирусу SARS-CoV-2 избегать клеточного иммунитета. Препринт статьи опубликован на портале Research Square.
Исследование проводили специалисты Сколтеха, НИИ гриппа имени А. А. Смородинцева, Первого Санкт-Петербургского государственного медицинского университета имени И.П. Павлова, компании Parseq Lab, Института проблем передачи информации имени А.А. Харкевича, Института биоинформатики, Городской клинической больницы № 31 в Санкт-Петербурге и Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н. И. Пирогова.
С первых случаев COVID-19 коронавирус, вызывающий эту болезнь, непрерывно мутирует, распространяясь в популяции. Некоторые из этих мутаций приводят к появлению опасных вариантов вируса, которые легче передаются или вызывают более тяжелое заболевание, - как, например, печально известный вариант дельта. Однако если вирус достаточно долго задержится в одном организме, он также может накопить мутации, которые помогут ему обходить иммунный ответ. Это делает подобных пациентов с ослабленным иммунитетом невольными «горячими точками» быстрой эволюции вируса.
Один показательный случай такой эволюции внутри одного организма – это случай пациентки С с поздней стадией неходжкинской B-клеточной лимфомы. Она получила свой первый положительный тест на коронавирус в апреле 2020 года, а окончательный отрицательный тест – только в марте 2021, спустя почти год. По словам Оксаны Станевич, лечащего врача пациентки С, которая собрала обширные клинические данные о ходе заболевания и биологические образцы, за это время пациентка С дважды испытывала сильные симптомы COVID-19, включая жар и пневмонию.
Полученные данные позволили команде исследователей, в том числе профессору Сколтеха Георгию Базыкину, проследить эволюцию SARS-CoV-2 в организме пациентки. Полногеномное секвенирование и филогенетический анализ подтвердили, что пациентка С действительно все это время была заражена одним и тем же коронавирусом. Судя по всему, сама она никого не заразила, так как в глобальной базе данных GISAID для отслеживания случаев заражения SARS-CoV-2 не нашлось похожих образцов.
Всего вирус приобрел 40 мутаций, изменяясь гораздо быстрее, чем это обычно происходит при распространении в популяции. Такая быстрая эволюция указывает на то, что вирус адаптировался к существованию в организме человека, закрепляя мутации, которые помогали ему лучше выживать или быстрее размножаться. Часть этих мутаций пришлась на спайк-белок; некоторые из них совпали с найденными ранее мутациями у других пациентов. Поскольку тех пациентов лечили плазмой переболевших или моноклональными антителами, ранее предполагалось, что эти мутации были связаны с противостоянием нейтрализующим антителам.
Однако из-за своего лечения от лимфомы пациентка C не имела B-лимфоцитов в периферийном кровотоке, и у нее почти не было антител IgG – фактически ее гуморальный иммунитет был «выключен». Кроме того, большинство этих быстро приобретенных мутаций приходились не на белки оболочки вируса, а на другие белки. «Это было странно: почему вирус стал бы прятаться от того, чего в организме нет? И почему он стал бы маскировать от иммунной системы те свои части, которые антитела в любом случае не “видят”?» - говорит Евгения Алексеева, одна из двух первых авторов научной статьи.
В поисках ответов на эти вопросы исследователи обратились к другому компоненту иммунной системы – Т-клеткам, оружию клеточного иммунитета. Эта система не опирается на антитела и сохранилась у пациентки С. Тому, как SARS-CoV-2 обходит клеточный иммунитет, до сих пор уделялось не так много внимания. Гуморальный иммунитет «нацелен» в основном на оболочечные белки вроде спайк-белка, в то время как Т-клетки теоретически могут распознать любой пептид, закодированный в вирусном геноме. Поэтому мутации, «спасающие» вирус от Т-клеточного иммунитета, могут появиться в любом из генов вируса. Отсюда исследовательская группа предположила, что SARS-CoV-2 у пациентки С мог эволюционировать именно так, чтобы скрываться от единственной защитной системы организма, с которой он столкнулся.
Чтобы проверить эту гипотезу, ученые предсказали и подтвердили в эксперименте влияние накопленных мутаций вируса на эффективность презентации антигенов конкретными аллелями HLA в геноме пациентки С. «Мы получили поразительные результаты. Мутации, накопленные вирусом, позволяли ему направленно уклоняться от презентации антигенов аллелями HLA нашей пациентки, делая Т-клеточный иммунный ответ неэффективным», - говорит Евгения Алексеева.
Эти результаты указывают на то, что уклонение от Т-клеток – недооцененный и потенциально мощный двигатель эволюции SARS-CoV-2 в пациентах с ослабленным иммунитетом. Но что это означает для пандемии в целом? «Если рассмотреть варианты коронавируса, которые в последнее время получили широкое распространение и известность, то в их происхождении есть нечто необычное. Когда появляется такой вариант, он часто быстро накапливает множество мутаций, точно так же, как это происходит у пациентов с подавленной иммунной системой», - говорит Георгий Базыкин.
«Это привело к предположениям о том, что такие люди могут быть своеобразным «спортзалом» для вируса, где тот «тренируется» лучше заражать людей. Хотя вирус, который мы изучали, свой «спортзал», судя по всему, так и не покинул, наши выводы показывают, что различных «тренажеров» в нем больше, чем мы думали», - добавляет ученый.
*****
Сколтех – негосударственный международный университет. Созданный в 2011 году в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом (MIT), Сколтех готовит новое поколение лидеров в области науки, технологий и бизнеса, проводит исследования в прорывных областях и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром. Сколтех развивает шесть приоритетов: наука о данных и искусственный интеллект, науки о жизни и здоровье, современные методы проектирования и перспективные материалы, энергоэффективность, фотоника и квантовые технологии, перспективные исследования. Усилия Сколтеха призваны способствовать укреплению технологического превосходства России в приоритетных направлениях.