Как ученые планируют победить коронавирус

COVID-19 — вирус-малыш. Он состоит всего из 29 белков. Несмотря на это коронавирус убил уже 80 000 человек и поставил на прикол весь мир. Более того него очень мало слабых сторон, которыми можно воспользоваться. Atlantic пишет о том, что уже узнали ученые о вирусе, и как они планируют бороться с новой болезнью.

Если появится возможность остановить COVID-19, то сделано это будет при помощи препарата, который не даст его белкам захватывать, подавлять и обходить защитный клеточный механизм человека.

Двадцать девять. Это максимальное количество белков в арсенале нового коронавируса, чтобы атаковать человеческие клетки. То есть, 29 белков против десятков тысяч протеинов, составляющих намного более сложный и тонко организованный человеческий организм. 29 белков, которые захватили достаточное количество клеток в достаточном количестве организмов, чтобы убить более 80 000 человек и поставить на прикол весь мир.

Если появится возможность остановить COVID-19 (при помощи вакцины, лечения, препарата), то сделано это будет за счет блокирования таких протеинов, чтобы они не могли захватывать, подавлять и обходить клеточный механизм человека. Коронавирус с его жалкими 29 белками может показаться примитивной мелочью, но именно из-за этого с ним так трудно бороться. У него очень мало слабых сторон, которыми можно воспользоваться. Для сравнения: в бактериях могут содержаться сотни протеинов.

Ученые изо всех сил ищут уязвимые места коронавируса SARS-CoV-2, который вызывает болезнь COVID-19, ведя поиски с тех пор, как было установлено, что именно он в январе вызвал таинственные случаи пневмонии в китайском Ухане. За три коротких месяца лаборатории со всего мира сумели нацелиться на отдельные протеины, с рекордной скоростью вычислив и нарисовав некоторые их структуры атом за атомом. Другие исследователи изучают молекулярные библиотеки и кровь выздоровевших в поисках веществ, которые могут прочно связать и подавить эти вирусные белки. Сейчас идет проверка более 100 утвержденных и экспериментальных препаратов на предмет возможности их применения против COVID-19. В середине марта первому добровольцу ввели опытную вакцину от компании «Модерна».

А некоторые исследователи проверяют, как эти 29 белков взаимодействуют с различными участками человеческой клетки. Цель исследований заключается в том, чтобы найти препараты, атакующие хозяина, но не вирус. Это кажется чем-то далеким от борьбы с вирусом, но такие поиски позволяют следить за циклом репликации вируса. В отличие от бактерий, вирусы не могут сами себя копировать. «Вирус использует механизмы носителя», — говорит микробиолог Адольфо Гарсия-Састре (Adolfo García-Sastre), работающий в Школе медицины Икана при Медицинском центре «Маунт-Синай». Они обманом заставляют клетки хозяина копировать их вирусные геномы и делать их вирусные протеины.

Одна из идей состоит в том, чтобы остановить такую работу, начатую по приказу вируса, не препятствуя нормальному функционированию клетки. Здесь вряд ли можно проводить аналогию с антибиотиком для борьбы с SARS-CoV-2, который убивает чужеродные бактериальные клетки без разбора. «Я думаю, это больше похоже на терапию рака», — рассказал мне фармаколог из Калифорнийского университета в Сан-Франциско Кеван Шокат (Kevan Shokat). Иными словами, речь может идти о выборочном уничтожении человеческих клеток, которые пошли вразнос. Это дает возможность бороться с дополнительными мишенями, но здесь также возникает проблема. Препарату намного легче распознать разницу между человеком и бактерией, чем между человеком и человеком, подвергшимся вирусной атаке.

Таким образом, антивирусные препараты редко становятся «чудо-лекарством», каким являются антибиотики в борьбе с бактериями. Препарат Тамифлю, например, может сократить продолжительность ОРВИ на день-два, но полностью излечить от болезни он не в состоянии. Препараты против ВИЧ и гепатита С приходится принимать в смеси с двумя или тремя другими лекарствами, потому что вирус может быстро мутировать и стать резистентным. Хорошая новость о SARS-CoV-2 состоит в том, что он по вирусным меркам не очень быстро мутирует. В процессе заболевания можно выбирать и другие цели для лечения.

Не дать вирусу проникнуть в клетку

Начнем с того, где появляется вирус. Вирус обманным путем попадает в клетку-хозяина. SARS-CoV-2 покрыт шипами протеинов, похожих на чупа-чупс. Кончики этих шипов могут прицепляться к рецептору ACE2, который присутствует в некоторых человеческих клетках. Именно из-за этих шиповидных белков коронавирусы из группы, включающей SARS-CoV-2, MERS-CoV (коронавирус ближневосточного респираторного синдрома) и SARS (вирус атипичной пневмонии), получили свое название — ведь они создают некое подобие короны. Эти три коронавируса настолько похожи из-за своих шипов-протеинов, что ученые используют стратегию лечения БВРС и атипичной пневмонии для борьбы с SARS-CoV-2. Клинические испытания вакцины от компании «Модерна» удалось начать так быстро, потому что они основываются на прежних исследованиях протеина MERS.

Шиповидный белок также находится в центре внимания при лечении антителами. Такие методы лечения удастся разработать быстрее, чем создать новую таблетку, потому что в этом случае задействуется сила иммунной системы человека. Иммунная система заставляет белковые соединения под названием антитела нейтрализовывать чужеродные протеины типа тех, что заносятся вирусом. Некоторые американские больницы пытаются переливать пациентам богатую антителами плазму крови тех, кто успешно переболел COVID-19. В настоящее время научные коллективы и биотехнологические компании также проверяют плазму выздоровевших с целью определения антител, которые можно производить в большом количестве на фабриках. Шиповидный белок — это вполне логичная мишень для антител, потому что его очень много снаружи вируса. Опять же, здесь на пользу идет сходство между SARS-CoV-2 и SARS. «Он настолько похож на SARS, что мы получили фору и сделали рывок на старте», — говорит руководитель программы Эми Дженкинс (Amy Jenkins) из Управления перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США, которое финансирует четыре разных коллектива, работающих над созданием терапии с использованием антител для лечения COVID-19.

Но вирусу SARS-CoV-2 недостаточно лишь прикрепить свой шиповидный протеин к рецептору, чтобы попасть внутрь клетки. На самом деле, шиповидный белок пассивен, пока не разделится надвое. Вирус использует другой человеческий фермент, скажем, фурин или TMPRSS2 (неблагозвучное название), которые невольно активируют шиповидный протеин. Некоторые экспериментальные лекарства предназначены для того, чтобы не дать этим ферментам непреднамеренно выполнить работу вируса. Один из возможных механизмов вызвавшего большую шумиху лекарства от малярии гидроксихлорохин, на котором зациклился Трамп, как раз и заключается в подавлении активности шипов.

Когда шиповидный белок активируется, SARS-CoV-2 сливается с оболочкой клетки-хозяина. Он впрыскивает свой геном и проникает внутрь.

Помешать воспроизводству вируса

Человеческой клетке голый геном SARS-CoV-2 кажется специфическим типом РНК, молекулы, которая обычно дает указания по созданию новых белков. Поэтому человеческая клетка, уподобившись солдату, получившему новый приказ, послушно начинает производить новые вирусные белки, и появляются новые вирусы.

Репликация — это довольно сложный процесс, на который способны воздействовать антивирусные препараты. «В этом участвует много, очень много протеинов… и появляется много потенциальных мишеней», — говорит вирусолог Мелани Отт (Melanie Ott), которая работает в исследовательском Гладстоновском институте и в Калифорнийском университете в Сан-Франциско. Например, экспериментальный противовирусный препарат Ремдесивир, проходящий клинические испытания на пригодность для лечения COVID-19, воздействует на вирусный белок, который копирует РНК, и тогда процесс копирования генома нарушается. Другие вирусные белки протеазы необходимы для высвобождения вирусные протеинов, которые связаны в одну длинную нить, чтобы они могли отцепиться и помочь вирусу самовоспроизвестись. А некоторые протеины помогают видоизменять внутреннюю оболочку человеческой клетки, создавая там пузырьки, которые превращаются в маленькие вирусные фабрики. «Механизм репликации сидит на оболочке, а потом вдруг начинает тоннами производить вирусную РНК, делая это снова и снова», — рассказал мне вирусолог с медицинского факультета Мэрилэндского университета Мэтью Фриман (Matthew Frieman).

В дополнение к белкам, которые помогают вирусу тиражировать себя, и к шиповидным белкам, которые составляют внешнюю капсулу коронавируса, у SARS-CoV-2 есть набор весьма загадочных «акцессорных белков», которые уникальны и имеются только в этом вирусе. По словам Фримана, если понять, для чего нужны эти акцессорные белки, ученые смогут обнаружить и другие способы взаимодействия SARS-CoV-2 с человеческой клеткой. Не исключено, что акцессорные белки помогают вирусу каким-то образом обходить естественную противовирусную оборону клетки человека. В таком случае это еще одна потенциальная мишень для препарата. «Если прервать этот процесс, — сказал Фриман, — можно помочь клетке подавить вирус».

Чтобы не вышла из строя иммунная система

Скорее всего, противовирусные препараты наиболее эффективны на ранней стадии инфекции, когда вирус инфицировал еще мало клеток и сделал мало копий самого себя. «Если давать противовирусные препараты слишком поздно, риск состоит в том, что иммунный компонент к этому времени уже сломлен», — говорит Отт. В конкретном случае с COVID-19 те пациенты, которые заболевают тяжело и неизлечимо, испытывают так называемый цитокиновый шторм, когда болезнь вызывает бурную и неконтролируемый иммунную реакцию. Это противоестественно, но цитокиновый шторм может еще больше поразить легкие, порой очень серьезно, поскольку из-за него в тканях накапливается жидкость. Об этом рассказывает иммунолог из Детской научно-исследовательской больницы Св. Иуды Стивен Готтшальк (Stephen Gottschalk). Таким образом, еще один способ борьбы с COVID-19 — это воздействие на иммунную реакцию, а не на сам вирус.

Цитокиновый шторм случается не только во время COVID-19 и прочих инфекционных заболеваний. Он возможен у пациентов с наследственными болезнями, с аутоиммунными заболеваниями, у тех, кому сделали трансплантацию костного мозга. Те лекарства, которые успокаивают иммунную систему у таких пациентов, сейчас перепрофилируют на борьбу с COVID-19, проводя клинические испытания. Ревматолог из Алабамского университета Рэнди Крон (Randy Cron) планирует провести небольшие испытания иммунодепрессанта Анакинра, который в настоящее время используется при лечении ревматоидного артрита. Перепрофилируются и другие имеющиеся в продаже препараты, такие как тоцилизумаб и руксолитиниб, которые разрабатывались, соответственно, для лечения артрита и костного мозга. Бороться с вирусной инфекцией, подавляя иммунную систему, довольно проблематично, потому что пациента одновременно надо избавлять от вируса.

Более того, говорит Крон, статистика заболеваний COVID-19 указывает на то, что цитокиновый шторм во время этой болезни уникален, даже в сравнении с другими респираторными инфекциями типа гриппа. «Он очень быстро начинается в легких», — рассказывает Крон. Но при этом он меньше поражает другие органы. Биомаркеры такого цитокинового шторма не настолько «ужасно» высоки, как обычно, хотя легкие поражаются очень сильно. В конце концов, COVID-19 и вызывающий эту болезнь вирус неизвестны науке.

Первоначальные исследования с целью создания лекарств против COVID-19 сосредоточены на перепрофилировании имеющихся препаратов, потому что так лежащий на больничной койке пациент может быстрее получить хоть что-то. Врачам уже известны их побочные эффекты, а компании знают, как их производить. Но эти перепрофилированные лекарства вряд ли станут панацеей от COVID-19, разве что исследователям невероятно повезет. Тем не менее, эти лекарства способны помочь пациенту с легкой формой заболевания, не дав ему перерасти в тяжелую форму. А это высвободит один аппарат искусственной вентиляции легких. «Со временем мы наверняка добьемся больших успехов, но пока нам нужно что-то для начала», — говорит Гарсия-Састре.