Как ранняя мутация в вирусе COVID-19 помогла ему так быстро распространиться

Быстрое распространение COVID-19 могло быть частично обусловлено изменениями в структуре вируса SARS-CoV-2, вызванными ранней мутацией в его геноме. К такому выводу пришли исследователи RIKEN в ходе детального анализа, опубликованного в Biophysical Journal. Это открытие может помочь в разработке вакцин и противовирусных препаратов следующего поколения.

Хотя варианты "альфа", "дельта" и "омикрон" часто попадали в новости, наиболее значимая мутация, возможно, произошла в первые дни пандемии и позволила вирусу распространяться столь стремительно.

Юджи Сугита из Центра вычислительных наук RIKEN (R-CCS) и Хишам Докаиниш исследовали влияние мутаций на структуру вируса. Они смоделировали атомные позиции молекул в различных формах важного спайк-белка — инструмента, который коронавирусы используют для связывания и проникновения в клетки человека.

Они обнаружили, что замена одной аминокислоты изменила форму этого белка, помогая SARS-CoV-2 адаптироваться к человеческому организму. Это демонстрирует, как даже крошечные мутации — в данном случае замена одной аминокислоты — могут сильно влиять на динамику белка.

Чтобы понять, почему мутация оказалась столь выгодной для вируса, учёные провели детальное моделирование структуры и стабильности белка. Их анализ, выполненный на суперкомпьютере RIKEN Fugaku (одном из самых быстрых в мире), показал, как мутация D614G разрывает ионную связь со второй субъединицей спайк-белка. Она также меняет форму соседней петлевой структуры, что изменяет ориентацию всего белка, "фиксируя" его в форме, облегчающей проникновение вируса в клетки.

"Единственное и локальное изменение во взаимодействии внутри молекулы, вызванное одной мутацией, могло повлиять на глобальную структуру спайк-белка", — объясняет Сугита.

Получившийся мутант лучше реплицировался и передавался между людьми. Линия D614G быстро вытеснила исходные линии и распространилась по всему миру, став неотъемлемой чертой каждого последующего доминирующего варианта.

Команда Сугиты теперь проводит аналогичные исследования адаптивных вирусных мутаций, возникших позже, в том числе в варианте "омикрон".

"Информация, полученная из наших моделей молекулярной динамики, должна помочь увеличить шансы на поиск эффективных лекарств", — говорит он.