эта статья впервые появился в «Нью-Йорк таймс».» как оп-ред. Inside Overs выражает искреннюю благодарность The New York Times и профессору Куаменну за предоставленную возможность опубликовать его..
Пандемия Covid-19 стала уроком скорости — скорости, с которой новый вирус может распространяться среди людей, скорости, с которой он может привести к гибели людей и нанести ущерб экономике, скорости, с которой могут разрабатываться и производиться вакцины, скорости при котором дезинформация может подорвать общественное здоровье. Среди всей этой быстроты есть другой вид скорости, который движет остальными, как двигатель, раскручивающий машины на тошнотворном карнавальном аттракционе: скорость вирусной эволюции.
Коронавирус, как и многие другие подобные ему вирусы (РНК-вирусы с сильно изменчивым геномом), быстро развивается. Он быстро адаптировался к нам. Теперь возникает важнейший вопрос о том, могут ли люди и человеческая изобретательность адаптироваться быстрее.
Если ответ не утвердительный, нас ждет долгое и печальное будущее непрекращающихся страданий. Некоторые эксперты считают ущерб эндемичный Ковид может быть где-то от 100 000 до 250 000 смертей каждый год, только в Соединенных Штатах. Миллионы жизней зависят от того, смогут ли человеческая наука, человеческое управление и человеческая мудрость опередить изобретательность SARS-CoV-2, относительно простого, но предприимчивого агента, состоящего из четырех структурных белков и РНК-генома.
Чарльз Дарвин сказал, что механизмы эволюции никогда не движутся быстро, но Дарвин ничего не знал о вирусах. «Я вполне допускаю, что естественный отбор всегда будет действовать крайне медленно, — писал он в «О происхождении видов».” опубликовано в 1859 году. Первый обнаруженный вирус, вирус табачной мозаики, привлек внимание ученых только спустя десятилетия. По мере того, как эволюционная теория развивалась на основе работ Дарвина и на протяжении большей части 20-го века, она опиралась в основном на данные из таких областей, как палеонтология, биогеография, эмбриология и сравнительная анатомия — видимые закономерности, которые могут выявить медленные изменения на протяжении длительных отрезков времени. Эти данные, как правило, гораздо менее полезны для измерения эволюции, когда она происходит быстро.
Но у нас есть новая форма доказательства эволюции: секвенирование и сравнение геномов. Секвенирование осуществляют сверхмощные машины — считывание генетического кода буква за буквой, а мощные компьютеры помогают проводить сравнение, и все это намного быстрее и дешевле.
Теперь ученые могут отслеживать изменения, мутацию за мутацией, в ДНК или РНК, которые кодируют генетические инструкции каждого существа, наблюдая и измеряя, как некоторые из этих мутаций, те немногие, которые оказались полезными, распространяются среди популяции. Они могут составить портрет в движении даже самых быстро развивающихся существ, таких как бактерии и вирусы. Когда бактерии или вирусы оказываются патогенами, способными заразить людей, эта дисциплина называется геномной эпидемиологией.
Среди пионеров геномной эпидемиологии — Шэрон Пикок, профессор общественного здравоохранения и микробиологии Кембриджского университета, а также исполнительный директор британского консорциума Covid-19 Genomics. Это группа агентств общественного здравоохранения и исследовательских институтов, основанная в апреле 2020 года для секвенирования и анализа геномов нового коронавируса. На данный момент вклад лабораторий Британии составляет почти 2,8 млн. сообщается во всем мире последовательностей SARS-CoV-2, что составляет около 23 процентов от общего числа в мире.
Доктор Пикок и те, кто помогал ей организовать и финансировать эту работу, рано осознали, что геномная информация может иметь решающее значение для реагирования на пандемию. Но недостаточно просто собрать последовательности и сделать их доступными для других ученых. Это геномика без эпидемиологии — применение знаний на уровне населения к общественному здравоохранению.
«Если вы говорите о скорости, — сказал мне недавно доктор Пикок, — ключевой момент — продумать весь конвейер от начала до конца». Под «конвейером» она подразумевала цепочку физических шагов (таких как отбор образцов у пациента), лабораторных процессов (таких как извлечение вирусного генетического материала и секвенирование генома этого вируса) и анализа (интерпретация различий между одним геномом и другим). Они дают информацию, которая может использоваться как для клинического лечения отдельных лиц, так и для защиты населения.
Аппаратные инструменты важны для такой работы. Программное обеспечение также имеет решающее значение. В течение первого года пандемии Covid-19 молодой аспирант по имени Айн О’Тул вместе с другими сотрудниками лаборатории Эндрю Рамбо в Эдинбургском университете разработала инструмент под названием PANGOLIN (филогенетическое присвоение именованных линий глобальных вспышек). Она стала одной из основных систем для размещения новых геномов в генеалогическом древе SARS-CoV-2, присвоения им рациональных, хотя и незапоминающихся меток (например, B.1.1.7) и контекстуализации новых вариантов вируса при их появлении.
Именно доктор Рамбо, доктор О’Тул и их коллеги по лаборатории помогли обнаружить и отследить первый крупный вариант, который теперь называется Альфа, когда он появился на юго-востоке Англии, двигаясь в сторону Лондона, осенью 2020 года. Год спустя ученые в Южной Африке и Ботсване при секвенировании образцов у путешественников был обнаружен еще один растущий вариант, названный Омикрон.
Такое быстрое обнаружение вариантов чрезвычайно ценно, но только в том случае, если данные быстро преобразуются в четкие и действенные рекомендации. «У нас все еще есть важные пробелы в доставке его в клинику», — сказал доктор Пикок. Эти пробелы включают в себя упрощение использования данных для общественного здравоохранения и медицинского персонала, не обученного секвенированию, и готовность поставщиков медицинских услуг, таких как больницы, финансировать такую работу. «В настоящее время большая часть секвенирования, помимо Covid-19, финансируется агентствами общественного здравоохранения и финансированием исследований», — сказала она.
Это не изменилось с 2014 года, когда Пардис Сабети, специалист по вычислительной генетике из Гарвардского университета, возглавил группу ученых-геномиков, реагирующих на ужасную вспышку вируса Эбола в Западной Африке. Они секвенировали 99 геномов вируса, взятых у пациентов в больнице в Сьерра-Леоне. Сравнение последовательностей показало, что все эти случаи, скорее всего, были результатом передачи вируса от человека к человеку, а не вторичными эффектами от хозяина дикой природы.
Вспышка в Западной Африке прекратилась после того, как было зарегистрировано более 28 000 случаев лихорадки Эбола и 11 000 смертей, и к этому моменту геномная эпидемиология доказала свою ценность, выявив, как распространяется вирус. На данный момент известно о 589 миллионах случаев Covid-19 и более шести миллионах смертей. Новая дисциплина вряд ли сможет идти в ногу со временем, не говоря уже о том, чтобы опередить вирус. Сара Коби, биолог-эволюционист из Чикагского университета, работающая на стыке иммунологии, эволюции вирусов и эпидемиологии, видит «зияющие дыры» в генетическом надзоре за Covid-19.
«Несмотря на то, что у нас есть много-много последовательностей, они происходят непропорционально из нескольких мест», — сказал мне доктор Коби. В первый год пандемии Великобритания, Новая Зеландия, Австралия и Исландия были среди стран, которые секвенировали большую долю случаев. Нидерланды и Демократическая Республика Конго также отличались быстрым определением последовательности. По мере развития пандемии ученые в Южной Африке предприняли важные усилия по секвенированию (о чем свидетельствует обнаружение сначала бета-варианта, а затем Омикрона), а охват увеличился также в Канаде и Скандинавии. Другие части мира остаются «слепыми пятнами», сказал доктор Коби.
Печальный, но не удивительный факт заключается в том, что в странах с высоким уровнем дохода секвенировано в 16 раз больше геномов коронавируса, чем в странах с низким и средним уровнем дохода. Ограничивающим фактором являются деньги, но не только деньги. «Я думаю, что фундаментальная проблема на самом деле заключается в отсутствии научного руководства для координации такого сбора данных», — сказал доктор Коби. Немногие страны имели Шэрон Пикок или политическое руководство, которое прислушивалось и поддерживало научных лидеров.
Мир нуждается в этом лидерстве, расширяя и оплачивая последовательное наблюдение за этим коронавирусом и его изменениями, куда бы он ни шел. Но нам нужно гораздо больше, как предупреждают доктор Коби, доктор Пикок и другие ученые.
Нам нужны амбициозные исследования серопревалентности (скрининг образцов крови на наличие признаков прошлой инфекции), которые помогут ученым узнать, сколько необнаруженных произошли инфекции. Что реально общее количество случаев в каждой стране и во всем мире? Нам нужны дальновидные и хорошо финансируемые исследования вакцинных платформ, которые можно быстро адаптировать для использования против целых классов недавно появившихся патогенов, а не просто поспешные усилия по созданию бустера для последнего варианта. Нам нужна универсальная вакцина против коронавируса и универсальная вакцина против гриппа, хотя ни то, ни другое — учитывая огромную способность этих вирусов к эволюции — может быть недостижимо.
Проще говоря, нам нужны температурно-стабильные и безыгольные вакцины, которые могут уменьшить проблемы отказа от вакцин в странах с высоким уровнем доходов и недоступности вакцин в жарких странах с низким уровнем доходов. Нам нужны более качественные противовирусные препараты даже для редких, но опасных вирусов (таких как вирус Нипах), что требует усилий по разработке, которые никогда не принесут прибыли фармацевтическим компаниям.
Проще говоря, как отметил доктор Коби, нам нужны инвестиции для улучшения вентиляции и фильтрации воздуха в наших общественных зданиях, чтобы уменьшить распространение коронавируса и других патогенов, переносимых по воздуху. Она признала, что это не интересно с научной точки зрения; это просто важно и рентабельно.
Эволюционный путь этого коронавируса был мрачным и удивительным. Возможно, измеренные трансформации SARS-CoV-2 за последний 31 месяц от исходного штамма до подвариантов Omicron дают одну из самых точных картин быстрой эволюции в глобальном масштабе в дикой природе. — то есть не в мензурках и колбах, не в лабораториях, а у нас. Отрицатели эволюции, обратите внимание.
Все мы должны принять это к сведению. У нас есть 12 миллионов снимков этой штуки в движении — этого достаточно при стандартной скорости проецирования в кинотеатре 24 кадра в секунду, чтобы снять фильм об эволюции SARS-CoV-2 продолжительностью 138 часов. Но поскольку эволюционная биология — наука описательная, а не предсказательная, мы до сих пор не знаем, чем может закончиться эта история. Наверное, это вообще не конец. И геномные эпидемиологи, какими бы умными они ни были, не могут спасти нас от того, что еще грядет. Мы должны спасти себя.
31 октября 2022 г.
