Взаимосвязанность современного мира обеспечила благоприятные условия для распространения SARS-CoV-2. Без самолётов, поездов и автомобилей этот вирус никогда не зашёл бы так далеко в столь короткое время.
Всего несколько месяцев тому назад он впервые проник в человеческий организм где-то в Ухани (Хубэй) или её окрестностях. А на этой неделе было диагностировано уже более 120000 случаев заболевания коронавирусной инфекцией COVID-19 от Тромсё до Буэнос-Айреса и от Альберты до Окленда. При этом многие случаи заболевания остаются недиагностированными.
Но взаимосвязанность мира, возможно, приведёт и к быстрой победе над вирусом. Учёные по всему миру сосредоточили своё внимание на его геноме и 27 белках, которые он, как известно, производит. Они пытаются углубить свои знания о вирусе и найти возможность остановить его распространение.
Полнокровная работа учёных привела к появлению с 1 февраля в MedRXIV (хранилище ещё не прошедших рецензирование и неопубликованных научных работ по медицине) более 300 статей об этом вирусе, а в публичных базах данных опубликованы сотни последовательностей его генома.
Поиск вакцины идёт не только в лабораториях. На 28 февраля в китайском Реестре клинических испытаний перечислялись 105 испытаний лекарств и вакцин, призванных бороться с SARS-CoV-2, для которых уже были найдены или подыскивались добровольцы.
На 11 марта в американском аналоге этого реестра – Национальной медицинской библиотеке – перечислялись 84 таких испытания.
Всё это может показаться преждевременным, учитывая то, что этот вирус стал известен науке совсем недавно. Общеизвестно ведь, что разработка препаратов – дело долгое, не так ли?
Но довольно хорошо понимаемые основы биологии этого вируса сделали возможным выделить те из существующих лекарств, у которых есть шансы на успех. А это основа для некоторой надежды.
Даже если лекарство позволит лишь незначительно уменьшить смертность или заболеваемость, это станет огромным шагом вперёд в борьбе с этой болезнью. Как показывает опыт Ухани, а теперь и некоторых частей Италии, лечение тяжелобольных пациентов в количествах, к которым не приспособлены больницы, является невыносимым бременем для системы здравоохранения.
Как говорит Джереми Фаррар, директор исследовательского фонда «Добро пожаловать!»: «Если у вас есть лекарство, которое позволяет снизить время пребывания в больнице с 20 до 15 дней, это уже прекрасно».
Семейство коронавирусов стало известно науке в 1960-е годы. Но до вспышки в 2002 г. в Гуандуне тяжёлого острого респираторного синдрома (ТОРС) оно было мало знакомо врачам, а тем более широкой общественности.
Члены этого семейства получили такое название потому, что при наблюдении в первые электронные микроскопы того времени они напоминали по форме монаршью корону. (Использование современных микроскопов показало, что эти вирусы скорее напоминают по форме морскую мину).
Сейчас известно более 40 представителей этого семейства, живущих в организмах зверей и птиц, включая чёрных дроздов, летучих мышей и кошек. Они хорошо известны ветеринарам-вирусологам, поскольку вызывают заболевания у свиней, крупного рогатого скота и домашней птицы.
Вирусологи, занимающиеся заболеваниями человека, уделяли им меньше внимания. Несмотря на то, что два давно и хорошо известных коронавируса вызывают от 15 до 30% симптомов того, что мы называем «обычной простудой», к серьёзным заболеваниям людей они не приводили.
Затем в 2002 г. вирус, ныне известный как SARS-CoV, перескочил из организма подковоносой летучей мыши в организм человека (возможно, при чьём-то посредничестве). Последовавшая за этим вспышка заболевания унесла жизни почти 800 человек по всему миру.
Последующие исследования показали, что родственные коронавирусы тоже легко могут перешагивать через межвидовой барьер и попадать в организм человека.
Увы, это не привело к разработке препаратов, предназначенных для борьбы с этими вирусами. Поэтому, когда появился вирус SARS-CoV-2, названный так потому, что имел очень похожий геном, для борьбы с ним не существовало лекарства.
ЧТО МЫ ЗНАЕМ О ПРОТИВНИКЕ
Вирион – полноценная вирусная частица SARS-CoV-2 – имеет размер в 90 нанометров (одну миллиардную метра). Он примерно в миллион раз меньше клетки человеческого лёгкого, в которую проникает.
Он состоит из четырёх белков и нити РНК – молекулы, которая, как и ДНК, может нести генетическую информацию в виде последовательности химических «букв», называемых нуклеотидами.
В данном случае это информация о том, как синтезировать другие белки, необходимые для создания собственных копий, которые, однако, он не может перенести с собой из одной клетки в другую.
Внешние белки находятся над оболочкой, созданной клеткой, в которой возник вирион. Эта оболочка состоит из липидов, которые можно разрушить мылом и водой. Вот почему мытьё рук является столь важным барьером против проникновения инфекции.
Самый знаменитый белок – тот самый, который придаёт вириону сходство с короной или миной, – называется шипом. Два других белка, находящиеся между шипами – обволакивающий и оболочный, – обеспечивают структурное единство вириона.
Под оболочкой находится четвёртый белок – нуклеокапсид. Это строительные леса, которыми вирус окружает 29900 нуклеотидов РНК, которые и являются его геномом.
Хотя живые клетки хранят информацию в генах ДНК, они используют и РНК для множества других функций, например, передачи инструкций, записанных в геноме клетки, аппарату, который строит на их основе белки.
Многие вирусы, однако, хранят свои гены в РНК. Вирусы, вроде ВИЧ, который вызывает СПИД, создают ДНК-копии своих РНК-геномов, когда проникают в клетку. Это позволяет им находиться в ядре клетки годами.
Точно такой же подход используют и коронавирусы. Их РНК выглядят, как РНК самого организма носителя, которые сообщают клетке, какие белки нужно создавать.
Как только такая РНК попадает в клетку, обманутый аппарат синтеза белков начинает считывать её информацию и создавать белки по её указанию.
Первый контакт между варионом и клеткой осуществляется белком-шипом. На этом белке есть участок, готовый соединиться с ACE2 – белком, встречающимся на поверхности некоторых человеческих клеток, в частности в дыхательных путях.
ACE2 призван контролировать кровяное давление. Предварительные данные из больницы в Ухани позволяют предположить, что высокое кровяное давление увеличивает риск смертельного исхода у тех, кто страдает такими заболеваниями (скажем, диабетом или болезнью сердца).
Связано ли это с тем, что точка проникновения вируса связана с регулированием артериального давления, ещё неизвестно.
Когда вирион прикрепится к молекуле ACE2, он подчиняет своей воле другой белок на внешней поверхности клетки. Это протеаза TMPRSS2. Протеазы существуют для того, чтобы расщеплять другие белки.
Вирус зависит от TMPRSS2, которая с готовностью расщепляет белок-шип, обнажая отросток, называемый гибридным пептидом. Это позволяет вириону проникнуть в клетку, где он вскоре получает возможность раскрыться и выпустить свою РНК.
Геном коронавирусов больше, чем у любых других РНК-вирусов: в 3 раза больше, чем у ВИЧ; в 2 раза больше, чем у вируса воспаления лёгких; в 1,5 раза больше, чем у вируса Эбола.
На одном его конце – гены для создания 4 строительных белков и восемь генов для создания маленьких «вспомогательных» белков, призванных подавлять защиту организма. В целом на них приходится треть всего генома.
Вся остальная часть генома – это сложный ген под названием репликаза. Клетки не заинтересованы в создании РНК-копий молекул РНК-вируса, поэтому у них нет механизма для решения той задачи, ради которой он вторгся.
Значит, вирусу приходится приносить с собой гены для того, чтобы создавать свои собственные белки. Ген репликаза отвечает за создание двух больших «полипротеинов», которые расщепляются на 15, а возможно, даже на 16 маленьких «нестроительных белков» (НСБ). Это позволяет создать механизм для копирования и корректуры генома.
Впрочем, возможно, некоторые из них предназначены для других целей.
Поскольку клетка синтезирует как строительные белки, так и РНК, пришло время штамповать новые варионы. Некоторые молекулы РНК обёртываются копиями белков-нуклеопсидов, а затем кусочками оболочки, которые богаты тремя внешними белками.
Обволакивающий и оболочечный белки играют важную роль в этом процессе сборки, который происходит в клеточной мастерской, известной под названием аппарат Гольджи. По словам Стэнли Перльмана из Университета Айовы, клетка может таким образом произвести от 100 до 1000 варионов. Многие из них смогут захватить новую клетку поблизости или в другом организме и начать процесс заново.
Не вся созданная таким образом РНК встраивается в варионы; её остатки поступают в общее обращение. Сейчас проводятся исследования по выявлению и усилению особых последовательностей РНК SARS-CoV-2, найденных в мокротах заражённых вирусом пациентов.
НЕ СПЕШИТЕ, ПОТОРОПИТЕСЬ
Поскольку в геноме вируса нет места для «зайцев», можно предположить, что все белки, которые SARS-CoV-2 создаёт, попав в клетку, жизненно важны для него. Это превращает каждый из них в мишень для разработчиков препаратов.
В условиях пандемии, однако, упор делается на поражение тех мишеней, что можно достать уже имеющимися под рукой средствами.
Очевидная цель – это система репликазы. Поскольку неинфицированные клетки не создают РНК-копий молекул РНК-вируса, лекарства, разрушающие этот процесс, могут быть смертельными для него, но при этом не влиять на нормальное функционирование человеческого организма.
Подобный подход привёл к созданию первого поколения препаратов против ВИЧ. Они были нацелены на поражение процесса, который вирус использует для передачи своего РНК-генома ДНК клетки. Это ещё один процесс, на который не способны здоровые клетки.
Как и в случае с первыми лекарствами против ВИЧ, один из самых многообещающих видов лечения связан с молекулами, известными как «нуклеотидные аналоги». Они напоминают письмена из последовательностей, созданных РНК или ДНК. Но если их пытается использовать вирус, то они начинают всё портить.
«Ремдезивир» – лекарство, основанное на нуклеотидных аналогах, – привлекло наибольшее внимание в борьбе с SARS-CoV-2. Изначально оно разрабатывалось американской биотехнологической фирмой Gilead Sciences для борьбы с лихорадкой Эбола. Работа над ним зашла так далеко, что была доказана его безопасность для человека.
Но, поскольку терапия на основе антител оказалась более эффективным способом лечения Эбола, «Ремдизивир» был отодвинут в сторону. Лабораторные испытания показали, что это лекарство позволяет бороться с широким кругом коронавирусов, в том числе SARS-CoV. Те же испытания показывают, что он может блокировать и процесс копирования SARS-CoV-2.
Уже известны случаи клинических испытаний «Ремдезивира» на больных COVID-19. Gilead организует два таких испытания в Азии, в которых примет участие 1000 заражённых. Его результаты ожидаются в середине или конце апреля.
Исследуются возможности использования и других нуклеотидных аналогов. Группа исследователей из Государственной ключевой лаборатории в Ухани, изучив 7 препаратов, одобренных для других целей, обнаружила определённый потенциал для борьбы с SARS-CoV-2 у «Рибавирина» – противовирусного препарата, используемого среди прочего для лечения гепатита С. Он уже включён в список лекарственных средств, одобренных Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ).
Но нуклеотидные аналоги не единственные антивирусные лекарства.
Вторым поколением препаратов против ВИЧ были «ингибиторы протеазы». Их использование в комплексе с нуклеотидными аналогами привело к революции в лечении этой болезни. Их мишенью является фермент, с помощью которого ВИЧ расщепляет большие белки на маленькие, подобно тому, как один из НСБ SARS-CoV-2 расщепляет большие полипротеины на несколько маленьких НСБ.
Хотя два вирусных фермента делают одну и ту же работу, эти вирусы не являются даже дальними родственниками. Между ВИЧ и SARS-CoV-2 столько же общего, сколько между человеком и мандарином-уншиу.
Тем не менее, когда калетра – смесь двух ингибиторов протеазы – ритонавира и лопинавира – была использована для лечения больных ТОРС в 2003 г., это имело определённый успех.
Ещё один препарат, который был разработан для борьбы с другими РНК-вирусами, в частности с воспалением лёгких, это «Фавипиравир». Как оказалось, он взаимодействует с одним из НСБ, вовлечённых в создание новой РНК.
Но существующие лекарства, что могут быть использованы для борьбы с SARS-CoV-2, не ограничиваются препаратами, изначально разработанными для борьбы с вирусами. «Хлорокин» – препарат, разработанный для борьбы с малярией, – оказался довольно эффективен в 2000-е годы для борьбы с SARS-CoV.
При исследовании на клеточных культурах он показал, что может как ограничивать способность вируса проникать в клетки, так и его воспроизводство, возможно, из-за изменения кислотности аппарата Гольджи.
Мезилат камостата, используемый для лечения рака, блокирует действие протеазы, подобной TMPRSS2 – белка на оболочке клетки, который активирует белок-шип.
Не все лекарства нацелены непосредственно против вируса. Некоторые могут помогать укреплять иммунную систему. Интерфероны вызывают широкую антивирусную реакцию в заражённых клетках, которая включает прекращение производства белков и переключение на синтез ферментов, разрушающих РНК, что приводит к прекращению воспроизводства вируса.
Исследования вируса SARS доказали, что интерфероны могут останавливать его прогресс. Возможно, их лучше использовать в комплексе с другими препаратами.
Напротив, часть иммунной системы слишком активна в борьбе с COVID-19. Вирус убивает, не уничтожая все клетки до единой, а стимулируя чрезмерную воспалительную реакцию иммунной системы.
Частично такая реакция вызвана посредничеством молекулы, называемой интерлейкин-6. Это один из множества манипуляторов иммунной системой, что являются мишенью для биотехнологов из-за их роли в возникновении аутоиммунных заболеваний.
«Актемра» (тоцилизумаб) – антитело, которое поражает рецепторы интерлейкина-6, склеивая их и не позволяя ему больше пользоваться ими. Этот препарат был разработан для борьбы с ревматоидным артритом. Китай только что одобрил использование этого лекарства для борьбы с COVID-19. Есть отдельные сообщения, что применение этого препарата приводит к клиническим улучшениям в Италии.
В Китае сейчас проводится множество клинических испытаний новых препаратов, но, поскольку число новых случаев заболевания сокращается, вряд ли теперь стоит рассчитывать на новые массовые эксперименты.
В Италии, где эпидемия только ширится, организация подобных клинических испытаний – непозволительная роскошь для местной системы здравоохранения. Поэтому учёные готовятся проводить клинические испытания в странах, где ожидается подъём заболеваемости.
Важным приоритетом являются международные клинические испытания. Соумья Сваминатан, научный руководитель ВОЗ, говорит, что пытается закончить составление «генерального протокола» для клинических испытаний, который будут использовать разные страны.
Если создать сборную больных со всего света и провести на них клинические испытания по единым критериям, то тогда можно охватить тысячи пациентов. Работая с таким количеством людей, можно добиться значительных результатов.
Например, некоторые виды лечения могут помогать молодым пациентам, а для старых – быть неэффективными. Но молодых пациентов немного, так что при менее широкомасштабных клинических испытаниях этот положительный эффект может быть не замечен.
ПРИДИ, ЕСЛИ ТЫ ЕСТЬ
Размах пандемии трудно предсказать. Даже эффективный препарат не всегда сможет помочь. Но уже сейчас существуют опасения, что, если одно из этих многообещающих лекарств окажется эффективным, его запасы будут недостаточны.
Чтобы справиться с этой проблемой, ВОЗ уже начала обсуждать с производителями лекарств вопрос о том, способны ли они выпускать их в нужном количестве. Производители дженериков заверили организацию в том, что способны быстро нарастить производство «Ритонавира» и «Лопинавира», поскольку они по-прежнему производят их для заражённых ВИЧ.
Gilead имеет достаточно «Ремдезивира» для клинических испытаний и до сих пор предоставляла препарат для использования по назначению из сострадания к больным. В фирме заявляют, что работают над тем, чтобы «как можно скорее» сделать лекарство более доступным, даже несмотря на отсутствие свидетельств, что его действие безопасно.
В лабораториях будут продолжать препарировать и изучать SARS-CoV-2. Все его трюки будут разгаданы. Лучшие образцы белков станут обещанной вакциной. Но это будет завтра.
А сегодня врачи могут надеяться лишь на сочетание нового понимания и не столь новых лекарств, которое может дать что-то хорошее.
The Economist, 14 марта 2020 года.
