«Омикрон» — вооружен и очень заразен

Чем опасен новый штамм и как его одолеть?

24 ноября Южная Африка официально сообщила, что в стране обнаружен новый штамм коронавируса, который позже получил имя «омикрон». А уже 26-го ВОЗ собрала по его поводу внеочередное заседание. 8 декабря сразу четыре лаборатории подтвердили худшие опасения экспертов: омикрон научился уходить если не ото всех, то от значительной части антител, выработанных после вакцинации или болезни, вызванной предыдущими вариантами SARS-CoV-2. Молекулярный биолог и научный журналист, автор книги о коронавирусе «Вирус, который сломал планету» Ирина Якутенко рассказала, что означают эти данные, ждет ли нас новая пандемия или, как надеются некоторые, омикрон окажется более мягким коронавирусом, чем его предшественники.

Вирус, который умеет все

«Омикрон» прославился сразу, как только в сети появились первые расшифрованные геномы этого варианта. Внимание вирусологов привлекли его мутации: во-первых, их оказалось очень много — больше 50 значимых изменений (то есть меняющих последовательность не только нуклеотидов в гене, но и аминокислот в кодируемом этим геном белке), из них 30 в гене спайк-белка. Во-вторых, эти мутации выглядели неслучайными: многие из них ученые знали по другим коронавирусным вариантам, где они выполняли вполне конкретные функции. Например, замену N501Y несли варианты альфа, бета и гамма, и, как полагают вирусологи, она помогала им лучше заражать клетки и эффективнее передаваться от одного инфицированного другому. Мутация K417N встречалась у варианта бета и некоторых разновидностей дельты и, видимо, помогала им уходить от части антител. Благодаря замене P681H спайк-белок вируса становится более доступным для разрезания клеточным ферментом фурином — этот шаг необходим коронавирусу для проникновения в клетку. До этого мы видели очень похожую мутацию P681R у дельты и альфы.

Одним словом, «омикрон» собрал в гене своего спайк-белка целый букет изменений, которые помогают лучше прятаться от антител или более эффективно заражать клетки. Но не факт, что все мутации, которые мы видели раньше у других штаммов, у «омикрона» работают так же: белок можно представить себе как запутанный моток шерсти, и каждая аминокислотная замена немного меняет форму этого мотка, причем нередко в какой-нибудь достаточно удаленной его части: изменившаяся форма скопления ниток сдвигает и все остальные части мотка. И когда таких замен оказывается много сразу, итоговая конфигурация может оказаться уже не суммой маленьких изменений, а чем-то совершенно новым. В этой ситуации спайк-белок перестанут узнавать не только антитела, нацеленные на места, где произошли изменения, но и те, которые связывались с другими фрагментами спайка, чья последовательность не поменялась, однако форма стала иной.

Другой момент, отличающий «омикрон» от остальных разновидностей SARS-CoV-2, — его место на эволюционном дереве коронавирусов. Начать с того, что B.1.1.529 (как «омикрон» называется по общепринятой коронавирусной классификации PANGO, основанной как раз на генетическом сходстве вариантов), не является потомком «дельты». Этот факт сам по себе довольно примечателен: в ноябре 2021 года штамм «дельта» был абсолютным гегемоном на планете, вытеснив, благодаря повышенной заразности, все остальные варианты. Максимально логичным сценарием представлялось дальнейшее развитие «дельты» в сторону ухода от антител. Однако «омикрон» произрастает из ветки под названием B.1, которая появилась намного раньше ветки, ведущей к «дельте». И длина «омикроновой» ветви гораздо больше, чем средние длины ветвей между предковыми и потомковыми вариантами. Другими словами, «омикрон» приобрел все свои многочисленные мутации как бы одномоментно. Но в живой природе такого не бывает: изменения всегда происходят постепенно, и внезапное обилие их в одном геноме говорит о том, что «омикрон» долго эволюционировал где-то под радарами, не попадаясь на глаза ученым.

И самое вероятное место скрытой эволюции — организм человека с иммунодефицитом. Иммунная система такого человека не может окончательно избавиться от вируса, но тем не менее постоянно пытается атаковать его. В результате вирус месяцами размножается, причем вирусные частицы, которые все же узнаются антителами, уничтожаются, а выживают те, которые от антител уходят. Встречая новые разновидности вируса, иммунная система адаптирует свои антитела, и цикл отбора повторяется. За множество раундов селекции вирус может набрать огромное количество изменений — и, если такой обновленный вирус перепрыгнет на кого-то еще, для антител новой жертвы этот вариант окажется совершенно незнакомым. А значит, вирус сможет беспрепятственно размножаться так же, как если бы у нового хозяина вовсе не было антител против SARS-CoV-2.

Именно такое развитие событий предположили ученые, впервые увидев геном «омикрона». Но без данных реальных экспериментов все предположения являются всего лишь теориями: даже компьютерные модели не в состоянии достоверно предсказать, как изменятся отношения спайк-белка «омикрона» с антителами с приобретением стольких мутаций. Поэтому первые две недели СМИ и эксперты пытались выяснить, насколько хорошо B.1.1.529 уходит от антител по косвенным данным: скорость распространения и доли привитых среди зараженных.

Неуязвимый

И вот наконец 8 декабря сразу четыре лаборатории представили первые результаты экспериментальной проверки устойчивости «омикрона» к антителам из крови вакцинированных и/или переболевших другими вариантами коронавируса. Первой препринт (то есть статью, которую не смотрели рецензенты и которая пока не опубликована в научном журнале) представила лаборатория Алекса Сигала из Африканского института наук о здоровье (Africa Health Research Institute) в ЮАР. Ученые проводили так называемую реакцию нейтрализации: в подобных экспериментах чувствительные к вирусу клетки заражают им, одновременно добавляя сыворотку крови с антителами. Если антитела хорошо узнают вирусные частицы, сыворотка будет защищать клетки от заражения (нейтрализовать вирус). Так как для эффективной борьбы с вирусом в организме нужно больше антител, чем для нейтрализации in vitro, исследователи добавляют сыворотку в различных разведениях: когда антитела работают, эти разведения могут быть в сотни и тысячи раз. Чем больше можно развести сыворотку при сохранении нейтрализации, тем лучше сработала иммунная система.

Ученые из ЮАР показали, что по сравнению с «дельтой» эффективность нейтрализации «омикрона» антителами из сыворотки вакцинированных меньше в 41 раз. Для людей, которые до или после вакцинации переболели, падение эффективности было чуть менее выраженным, но тоже очень существенным. То есть антитела, выработанные после встречи с вирусами других штаммов или их фрагментами, не видят «омикрон».

В тот же день утром очень похожие результаты выложили немецкие специалисты, работающие под руководством директора института медицинской вирусологии во Франкфурте-на-Майне Сандры Цизек. Сыворотка людей, получивших вторую дозу мРНК-вакцин полгода назад, в принципе не могла нейтрализовать вирус. Через две недели после бустерной дозы эффективность нейтрализации «омикрона» по сравнению с нейтрализацией «дельты» была ниже в 11 раз, через три месяца после бустера — в 37 раз.

В двух других работах ученые также обнаружили снижение эффективности нейтрализации сыворотками вакцинированных, однако меньшее, чем в исследованиях из ЮАР и Германии. В препринте биологов из Каролинского университета в Стокгольме максимальное снижение составило от 1 до 23 раз, а в работе сотрудников компании Pfizer — 25 раз. Разница может объясняться несколькими причинами. Немцы и африканцы работали с живым вирусом, а авторы двух других исследований — с так называемым псевдовирусом. Этим термином называют гибрид, представляющий собой хорошо известный ученым специально ослабленный вирус, в геном которого вставлен ген спайк-белка коронавируса. Псевдовирус синтезирует коронавирусный спайк-белок и выставляет его на своей поверхности. При помощи спайка псевдовирус может цепляться за те же рецепторы, что и настоящий SARS-CoV-2, и заражать клетки.

Псевдовирусные экспериментальные системы очень популярны, так как с псевдовирусом можно работать в обычных условиях, в то время как манипуляции с SARS-CoV-2 разрешены только в лабораториях повышенного класса биологической защиты (BSL-3). Однако такие модели не всегда адекватно отражают реальные процессы, происходящие при заражении. Чтобы доказать, что результаты, полученные на псевдовирусах, можно переносить на реальный вирус, необходимо проводить специальные тесты, которых в случае «омикрона» еще не было. И в любом случае, если B.1.1.529 способен легче заражать клетки благодаря мутациям не в спайке, а в других белках, отловить это, используя псевдовирусы, не получится.

Вторая причина, по которой результат работ отличаются друг от друга, — время, которое прошло с момента вакцинации. Цизек и коллеги работали с сыворотками людей, вакцинированных двумя дозами полгода назад, а сотрудники Pfizer использовали сыворотки людей, получивших вторую прививку три недели назад. Очевидно, во втором случае количество антител будет больше, а значит, нейтрализация окажется более эффективной. Бустер в работе Pfizer добровольцы получили всего за месяц до забора крови, и, как утверждается в пресс-релизе, эти сыворотки были способны нейтрализовать «омикрон» так же хорошо, как сыворотки дважды вакцинированных нейтрализуют «дельту».

Благодаря разному дизайну экспериментов мы можем предварительно заключить, что две дозы вакцины полностью теряют способность нейтрализовать B.1.1.529 в промежутке от трех недель до трех месяцев. Бустер повышает эффективность, однако через три месяца этот эффект также значительно спадает.

Еще одно следствие новых свойств «омикрона» — бесполезность измерения количества антител. Даже для старых штаммов мы не знали, сколько их нужно для хорошей защиты, тем не менее многие пытались выводить границы коридоров эффективности. Теперь всю эту работу придется начинать сначала — и то, только после того, как появятся новые вакцины, адаптированные под «омикрон». На данный момент многие эксперты полагают, что этого шага не избежать, а производители обещают выпустить первые партии обновленных вакцин к марту 2022 года.

Быстрый

Результаты лабораторных экспериментов выглядят очень тревожно, но важно понимать, что снижение эффективности нейтрализации в 40 раз не равно 40-кратному снижению эффективности вакцин. Человек и его иммунная система устроены намного сложнее культуры клеток, поэтому прямо переносить результаты исследований in vitro на людей нельзя. Очевидно, что столь существенное падение эффективности нейтрализации скажется на реальной защите, которую дают вакцины, но для того, чтобы оценить его, необходимо собрать еще и эпидемиологические данные.

Одним из таких необходимых параметров является динамика распространения «омикрона». Исходя из данных об изменении количества положительных тестов в ЮАР, специалисты оценивают прирост новых случаев заражения B.1.1.529 там в 25% в день. И это скорее оценка по нижней границе, так как доля положительных тестов ото всех сделанных тоже растет и уже превысила 26%. Чем больше этот показатель, тем большее количество инфицированных мы пропускаем: когда системы отслеживания налажены хорошо, он находится на уровне нескольких процентов.

Но даже прирост в 25% в день сравним с цифрами, которые мы видели в первую волну, когда коронавирус начал захватывать полностью неиммунную к нему популяцию. Такая прыть «омикрона» может отчасти объясняться его способностью уходить от антител: с точки зрения иммунной системы вакцинированных или переболевших, его спайк-белок — это некое новое образование, против которого антител в организме нет. С другой стороны, нельзя исключать, что «омикрон» сам по себе заразнее «дельты», но для того, чтобы выяснить это, необходимо сравнить скорость распространения двух штаммов в неиммунной популяции, чего мы не можем сделать по объективным причинам.

Другой способ оценить заразность требует статистики по отслеживанию контактов. В Африке она налажена плохо, в Европе после летнего спада тоже, однако системы здравоохранения все же намного лучше умеют решать такого рода задачи. И за пару недель с момента разноса вируса за пределы Африки мы уже видели как минимум один эпизод суперраспространения: в Осло на рождественском обеде больше 70% из сотни гостей заразились от одного человека. Еще один потенциальный случай распространения произошел в Сиднее: по итогам вечеринки на круизной яхте, куда допускали только привитых или переболевших, минимум 5 из 140 гостей заразились «омикроном». Остальные пока находятся на карантине, так что, возможно, число подтвержденных инфекций в итоге окажется больше.

Косвенно оценить собственную заразность B.1.1.529 можно также в экспериментах по заражению животных, но на проведения и анализ результатов таких опытов потребуется время.

Как бы то ни было, сегодня мы видим, что «омикрон» не сильно уступает «дельте» по скорости распространения (хотя статистики пока мало, все выводы нужно делать с осторожностью). И теперь основной вопрос связан с течением вызванного этим штаммом заболевания. Уход от антител не означает, что вакцины будут намного хуже предотвращать тяжелое течение. Антитела представляют собой только первый бастион иммунной защиты, их роль — предотвратить заражение клеток. Но если оно уже случилось, в игру вступают Т-клетки, задача которых — уничтожить все, что инфицировано. Вакцины и перенесенная болезнь стимулируют образование не только антител, но и Т-клеток, причем эта ветвь иммунитета более устойчива к мутациям.

Возможно, менее опасный для вакцинированных

Огромная статистика по привитым показывает, что даже после прихода «дельты» защита от тяжелого течения у вакцинированных остается на уровне 90%, хотя защита от заражения и упала. По сравнению с предковыми штаммами последовательности спайк-белка, которые узнаются Т-клетками (они реагируют на небольшие линейные фрагменты), у «альфа»- и «дельта»-штаммов изменялись примерно на 10%. В случае омикрона возможные изменения оцениваются в пределах 20–30%. То есть можно ожидать, что Т-клетки, выработанные против предыдущих вариантов SARS-CoV-2 сохранят неплохую активность и в отношении «омикрона».

Пока однозначно сказать, действительно ли у людей, имеющих Т-клетки против других версий коронавируса, сохраняется защита от тяжелых симптомов, сложно. В первые дни количество госпитализаций в ЮАР не увеличивалось или увеличивалось очень медленно, но сейчас этот показатель существенно вырос, как выросло и количество людей, которым требуется искусственная вентиляция легких. Постепенно сдвигается и возрастной состав: с каждым днем в больницах увеличивается количество пожилых людей. Это ожидаемый процесс, если предположить, что патогенез «омикрона» сходен с патогенезом «дельты»: люди старшего возраста и те, у кого есть хронические заболевания, с большей вероятностью болеют тяжело, в том числе иногда и после вакцинации. Их организм не в состоянии как следует бороться с вирусом, и даже помощь в виде двух или трех доз вакцины может оказаться недостаточной.

Еще один тревожащий фактор — высокий процент среди госпитализированных маленьких детей. Эта когорта в Африке практически на 100% невакцинирована, и необычная представленность детей среди пациентов с тяжелыми симптомами может указывать на то, что в чистом виде без страховки антителами и Т-клетками «омикрон» может быть опасен. Впрочем, для однозначных выводов необходимо дождаться лучшей статистики, нельзя исключать, что большое число детей — артефакт первых недель распространения нового штамма и повышенного внимания к любым проявлениям болезни.

Но кое-что про «омикрон» уже можно сказать однозначно: по итогам лабораторных экспериментов немецкие вирусологи выяснили, что он стал невидимым для обоих моноклональных антител, входящих в коктейль от компании Regeneron. Моноклональные антитела — это препарат, который вводят внутривенно на ранних стадиях болезни. Он представляет собой несколько сверхвысокоэффективных антител против коронавируса, искусственно синтезированных в лаборатории. Обычно моноклональные антитела назначают пациентам из групп риска, которые, с высокой вероятностью, не смогут полноценно выработать собственный иммунный ответ. Они в несколько раз снижали риск плохих исходов, но против «омикрона» коктейль, действовавший в отношении других штаммов, видимо, бесполезен. Хорошая новость в том, что два других препарата для раннего вмешательства — молнупиравир от компании Merck и паксловид, выпускаемый Pfizer, — скорее всего, сохранят эффективность, так как их активность не связана со спайк-белком.