Как коронавирус поражает клетки человека и почему вариант «дельта» так опасен

Белковая оболочка многих вирусов состоит из гликанов, их главная цель — не дать иммунитету обнаружить себя. Покрытые гликанами коронавирусы как волки в овечьей шкуре. Однако в 2020 году сотрудники лаборатории, которую возглавляет Ромми Амаро, совместно с коллегами создали на основе структурных и генетических данных подробное изображение данного «гликанового покрытия», а после посредством суперкомпьютера визуализировали буквально каждый его атом.

В марте Амаро опубликовала компьютерную модель в своем Twitter-аккаунте. Как вдруг, всего через час одним из специалистов задал вопрос:

«Что это там за петля, лишенная покрытия, которая виднеется в верхней части белка?».

Амаро этого не знала. Однако спустя 10 минут на помощь пришел эксперт в области структурной биологии Джейсон Маклеллан (Jason McLellan) из Техасского университета в Остине. По его словам, петля без покрытия является рецептор-связывающим доменом (RBD), то есть это один из 3-х участков шипа-пепломера, его основная функция — прикрепиться к рецепторам человеческих клеток.

С начала пандемии коронавируса ученые хотят понять, как работает механизм заражения клеток коронавирусом. Ученые полагают, что точное представление о принципах работы данного механизма позволит создать более эффективные инструменты, которые позволяют предотвращать заражение, используя более совершенные методы лечения и вакцинации, а также отыскать причины, из-за которых новые штаммы коронавируса, такие как вариант «дельта», становятся более заразными по сравнению с предыдущими штаммами.

Специалисты установили главные адаптивные механизмы, помогающие коронавирусу прикрепляться к клеткам человека и прятаться внутри этих клеток. После того, когда вирус SARS-CoV-2 покидает человеческую клетку, наступает еще один этап: вирусные частицы пытаются заразить еще большее количество клеток. У коронавируса есть специальные инструменты, которые позволяют ему распространяться с такой скоростью, убивая при этом огромное количество людей.

Покрыт шипами и готов к заражению

Процесс начинается с шипов. На внешней поверхности каждой вирусной частицы SARS-CoV-2 в случайном порядке расположены 24-40 белковых шиповидных отростков-пепломеров, благодаря которым коронавирус присоединяется к клетке человека. У других типов вирусов, например гриппа, шиповидные белки, которые отвечают за соединение с клеткой, относительно жесткие. Однако белковые шипы коронавируса очень гибкие и подвижно присоединены к вирусной оболочке в 3-х точках.

Такой способ крепления позволяет шипам-пепломерам вращаться, благодаря чему им проще выбрать на поверхности клетки место и прикрепиться к нему. Еще в начале пандемии ученые заявили, что рецептор-связывающие домены (RBD) пепломеров коронавируса могут прикрепляться к  рецептору ACE2, находящемуся на поверхности большей части клеток слизистой горла и легких.

Опасные для людей штаммы обычно имеют мутации в субъединице S1 белкового шипа, на котором как раз расположен RBD, который в свою очередь несет ответственность за прикрепление к рецептору ACE2, расположенному на поверхности клетки человека.

У варианта «дельта», который сейчас является доминирующим и распространяется по миру с невероятной скоростью, есть несколько мутаций в субъединице S1 белкового шипа, в том числе три в RBD. По словам ученых, скорее всего, благодаря этим мутациям RBD-структура может эффективнее связываться с рецептором ACE2 и обходить иммунитет человека.

Вход ограничен

После того, как шипы прикрепились к рецептору ACE2, другие белки, которые расположены на поверхности клетки человека, запускают процесс, приводящий к слиянию вирусной и клеточной мембран.

При таком способе проникновения в клетку вирусные частицы могут оказаться пойманы противовирусными белками. Однако коронавирус отличается от коронавируса SARS-CoV, так как он эффективно использует фермент TMPRSS2, который в больших количествах находится на внешней оболочке респираторных клеток. На начальном этапе TMPRSS2 разрезает участок молекулы ДНК на субъединице S2 шиповидного отростка коронавируса. Через данный разрез несколько гидрофобных аминокислот попадает в ближайшую мембрану клетки-хозяина. После удлиненный шип складывается, заставляя тем самым мембраны вируса и клетки сливаться.

После этого вирус впрыскивает свой геном в клетку. При внедрении в клетку он заражает ее, избегая попадания в эндосомы. Тот факт, что коронавирус SARS-CoV-2 проникает в клетку с помощью фермента TMPRSS2, позволяет объяснить причины, по которым лекарственный препарат «хлорохин» не смог пройти клинические испытания в качестве лекарства от COVID-19. Ученые использовали клетки, которые для проникновения в эндосомы полагались только на катепсин. Когда коронавирус попадает в организм человека и начинает размножаться в дыхательных путях, он не использует эндосомы, в связи с чем «хлорохин», который является лекарством, разрушающим эндосомы, оказался бесполезен в борьбе с этим заболеванием.

К чему пришли ученые

Пока что специалисты не смогли разгадать всех тайн коронавируса. По их словам, еще нет ответа на ряд вопросов, например, сколько должно быть рецепторов ACE2, которые нужны для связки с каждым белковым шипом коронавируса? Также не удалось найти ответа на вопрос, каково количество шипов, необходимое для слияния данного вируса с клеточной мембраной? И это лишь малая часть.

В апреле прошлого года группа ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско нашли как минимум 332 взаимодействия между вирусом SARS-CoV-2 и белками в организме человека.

Угнаться за коронавирусом, мутации которого происходят с невероятной скоростью, научному сообществу совсем непросто. Ученые сходятся во мнении, что по сей день возникновение большей части мутаций обуславливалось эффективностью распространения коронавируса, а не с тем уроном, который он наносит человеческому организму. При этом вариант «дельта», в отличие от предыдущих штаммов, распространялся с более высокой скоростью в легких и горле человека.

Специалисты еще не знают, как «дельта»-вариант мог усилить коронавирус. Именно на этот вопрос сейчас пытаются ответить ученые во многих странах мира. Исследования продолжаются.

Ранее группа биологов из Великобритании и Швейцарии изучила на мышах, как коронавирус SARS-CoV-2 попадает в мозг, и какие виды повреждений вызывает. Результаты исследования помогли установить причину так называемого «мозгового тумана» у переболевших COVID-19.