Вирусы накапливают мутации по мере их репликации в инфицированных клетках. Повторная репликация может привести к появлению вирусных штаммов с ослабленной вирулентностью. Такие штаммы могут действовать как вакцины, если ослабленный вирус может вызывать иммунитет без серьезных заболеваний.

Этот подход не нов. Альберт Сабин разработал аттенуированную вакцину против полиовируса в середине 20-го века, которая помогла искоренить естественный полиомиелит в Западном полушарии. Широко используются ослабленные вирусные вакцины против краснухи, кори, желтой лихорадки и других болезней.

Можно ли разработать аналогичную вакцину против COVID-19?

Исследователи из Университета Алабамы в Бирмингеме опубликовали фундаментальное исследование этой возможности в Journal of Virology. Они задали простой вопрос: какие мутации преобладают, когда вирус SARS-CoV-2, вызывающий COVID-19, выращивается в последовательных поколениях -; вирусологи называют отрывки -; в культуре тканей?

Исследователи UAB обнаружили, что изоляты SARS-CoV-2 быстро адаптировались, поскольку они росли в повторяющихся пассажах в клетках Vero E6, штамме клеток почек, который обычно используется для размножения вируса. Развитые вирусы приобрели более высокую инфекционность, продемонстрировали более быстрое распространение инфекции и образовали значительно большие бляшки на клетках Vero. Зубной налет – это видимый фрагмент клеточного слоя, где клетки разрушаются в результате размножения и высвобождения вирусов.

Для одного из штаммов SARS-CoV-2, испытанных исследователями UAB -; штамм из штата Вашингтон, который был первым вирусом COVID-19, обнаруженным в США в начале 2020 года; среднее количество инфекционных вирусных частиц, выпущенных из клеток, было в 100 раз меньше, чем количество инфекционных частиц, выпущенных после четырех пассажей.

Исследователи во главе с Ильей Фроловым, доктором философии, профессором кафедры микробиологии UAB, обнаружили, что вирусная эволюция развивается по двум основным механизмам. Первым была вставка семи аминокислот, включая две положительно заряженные аминокислоты, в спайковый белок изолята Вашингтонского SARS-CoV-2. Вирус использует свои шипованные белки для прикрепления к рецепторам ACE2 на клетках, запуская его проникновение в клетку. Таким образом, белок-спайк является основным детерминантом патогенеза.

Второй механизм заключался в замене одной аминокислоты с серина на глицин, мутация, называемая S686G, в белке-шипе рядом с местом его расщепления. Оба механизма увеличивают способность мутанта связываться с гепарансульфатом, который в большом количестве присутствует на поверхности клеток. Эти два изменения также увеличили размер бляшки и скорость распространения инфекции. Это связывание с гепарансульфатом на клеточной мембране, по-видимому, является механизмом первичного прикрепления вируса до высокоаффинного взаимодействия спайка с клеточным рецептором ACE2. В качестве теста биологической значимости растворы гепарина -; родственный полисахарид -; подавляет инфекционность мутантных вирусов, которые демонстрируют повышенное связывание с гепарансульфатом, в то время как гепарин не снижает инфекционность немутантных вирусов.

Чтобы проверить независимые эффекты двух основных механизмов, исследователи UAB клонировали каждое изменение в ДНК, которая была копией генома первого изолята SARS-CoV-2 в Ухане, Китай, секвенированного в январе 2020 года. Полученные копии РНК из этих конструкций ДНК были доставлены в клетки, и клетки затем продуцировали вирус. Исследователи обнаружили, что каждый отдельный механизм увеличивал связывание конструкций с гепарансульфатом, а конструкция с двумя мутантами с обоими изменениями имела значительно более высокие показатели инфицирования, чем любой простой мутант.

Важной характеристикой двойного мутанта является то, что его дальнейшая эволюция в культивируемых клетках маловероятна ».

Илья Фролов, д.э.н., профессор кафедры микробиологии ЗАО

Он говорит, что рекомбинантные одиночные мутанты продолжали накапливать различные мутации второго сайта в дальнейших пассажах, в то время как двойной мутант, который содержал как вставку аминокислоты, так и S686G, был стабильным и не приобрел дополнительных изменений.

Интересно, что SARS-CoV-2 представляет собой коронавирус с положительной цепью РНК. Альфавирусы также являются вирусами с положительной цепью РНК. Другие показали, что альфавирусы чикунгунья, венесуэльского конского энцефалита, Росс Ривер и Синдбис показали аналогичную быструю эволюцию во время роста в клеточной культуре, включая увеличение размера бляшек, более сильное взаимодействие с гепарансульфатом и стимулированное распространение инфекции.

Важно отметить, что эти эволюционировавшие альфавирусы обычно были значительно менее патогенны для мышей и людей.

«Как и в случае мутантов, связывающих гепарансульфат других РНК + вирусов, развившийся SARS-CoV-2 также может быть аттенуирован in vivo, особенно двойной мутант, который демонстрирует наиболее адаптированный фенотип», – сказал Фролов. «Таким образом, они также могут быть использованы в качестве основы для разработки стабильных живых аттенуированных вакцин против COVID-19»