Коронавирус с мутацией N439K ускользает от иммунного ответа

Дэвид Робертсон из Университета Глазго, Великобритания, Дьерджи Снелл из Vir Biotechnology в Сан-Франциско, Калифорния, и их коллеги исследовали мутацию N439K (замена аспарагина на лизин в положении 439) в S-белке коронавируса. Препринт статьи опубликован на сайте bioRxiv.

С начала пандемии исследователи выявили тысячи мутаций в геномах SARS-CoV-2. По всему мира распространился вариант D614G, для которого показана более высокая инфекционность (без изменения клинических проявлений). Но аминокислота 614 расположена вне рецептор-связывающего домена (RBD) S-белка коронавируса, который взаимодействует с белком ACE2 клетки-хозяина. Девяносто процентов нейтрализующих антител (тех, что предотвращают проникновение вируса в клетку) таргетируют именно этот участок. Что касается варианта D614G, он не ускользает от иммунного ответа.

Мутация N439K затрагивает рецептор-связывающий мотив (RBM) S-белка. Этот мотив внутри RBD — главная мишень противовирусных антител. Авторы сравнили около 130 тысяч геномных последовательностей вируса, доступных на GISAID к началу октября, и показали, что RBM менее консервативен, чем полный RBD или S-белок в целом. Этот участок пластичен и у других сарбековирусов (в той мере, в какой пластичность не препятствует связыванию с рецептором человеческой клетки). Два наиболее распространенных на октябрь варианта, меняющих структуру RBD в SARS-CoV-2— S477N и N439K — оба содержат мутации в RBM.

N439K возникала независимо как минимум дважды (впервые идентифицирована в марте 2020 года, в Шотландии, на фоне D614G), в обоих случаях сформировала линии более чем из 500 геномов и была идентифицирована в 12 странах по данным на октябрь 2020 года.

Авторы исследования убедились, что S белок коронавируса с мутацией N439K обладает повышенной аффинностью связывания с рецептором ACE2, возможно, из-за образования дополнительного солевого мостика. Инфекция вариантом вируса N439K имеет клинические проявления, сходные с вирусом дикого типа (без этой мутации), хотя вирусная нагрузка у зараженных таким вирусом была несколько более высокой. Способность к репликации in vitro также была аналогичной дикому типу.

Есть и тревожные новости. Мутация N439K позволяет вирусу ускользать от поликлональных антител, содержащихся в сыворотке крови людей, выздоровевших после COVID-19. Среди 445 образцов сыворотки 7,4% связывали вирус с мутацией более чем в два раза хуже, чем вирус дикого типа. Это означает, что у некоторых (не у всех) людей, иммунных к вирусу дикого типа, может отсутствовать иммунитет к новому варианту. Сыворотка 6 человек, изначально инфицированных вариантом N439K, одинаково эффективно связывала и вирус с мутацией, и вирус дикого типа, однако ввиду малого количества таких образцов выводы делать рано.

Авторы также проверили, насколько хорошо связывают этот вариант вируса нейтрализующие моноклональные антитела (МКАТ) в том числе те, что уже проходят клинические исследования как средство против COVID-19: REGN10933, REGN10987, LY-CoV555, S309. Среди 144 МКАТ у 15,5% эффективность связывания снизилась более чем в два раза. Для сравнения также использовали мутацию K417V, которая, напротив, разрушает один солевой мостик между RBM и ACE2, и двойную мутацию N439K/K417V. Результаты были сходными, эффективность связывания также уменьшалась.

Чтобы понять непосредственную биологическую значимость мутаций, авторы провели эксперименты с нейтрализацией псевдовирусных частиц, содержащих варианты S-белка с N439K, K417V или N439K/K417V. Некоторые МКАТ, включая тех, что проходят КИ, хуже нейтрализовали N439K и N439K/K417V, у других ухудшение было незначительным.

Пока лишь небольшое число новых мутаций коронавируса широко распространилось в популяции: возможно, потому, что его репликативная машина нового вируса делает относительно немного ошибок, и вирус достаточно приспособлен к обитанию в человеческом организме. Однако увеличение числа людей с иммунным ответом должно усилить давление отбора со стороны иммунной системы, и варианты вируса, уклоняющиеся от иммунного ответа, получат преимущество.

Авторы предлагают два подхода для борьбы с ускользанием вируса от моноклональных антител. Во-первых, можно разрабатывать моноклональные антитела к высококонсервативным эпитопам. Это могут быть эпитопы за пределами RBM и (или) эпитопы, успешно распознаваемые у SARS-CoV и SARS-CoV-2 (такая кроссреактивность говорит о низкой изменчивости). Полезно использовать в качестве мишеней наиболее консервативные области внутри RBM. Во-вторых, можно проводить тестирование пациентов на наличие возможных вариантов устойчивости до того, как будет назначено лечение моноклональными антителами. Важен также скрининг на популяционном уровне.

«По мере того как все у большего числа людей развивается иммунный ответ на вирус дикого типа, мониторинг эволюции SARS-CoV-2 будет приобретать все большее значение, — пишут авторы. — Хотя SARS-CoV-2 эволюционирует медленно и в настоящее время его можно контролировать с помощью одной вакцины, вариации, накапливающиеся в RBM, могут стать угрозой для этой возможности, особенно для людей с умеренным антительным ответом на вакцинацию. Хотя здесь мы сообщаем только об уклонении от опосредованного антителами иммунитета, для нас было бы удивительно, если бы не наблюдались подобные изменения, позволяющие избежать Т-клеточного иммунитета и врожденного иммунитета».