Понимание, как вирус связывается с ACE2 различных видов, помогает предсказать, какие животные наиболее уязвимы для SARS-CoV-2, а также дает ключи к разгадке происхождения пандемии. Для этой цели можно, например, напрямую измерить аффинность связывания S-белка с ACE2 клеточных линий разных видов, однако на это требуется много времени. В новой работе ученые воспользовались более удобным методом in silico, который представляет собой компьютерную симуляцию биологического эксперимента. В частности, были применены алгоритмы молекулярного докинга, которые позволяют предсказать, какая структура ACE2 является наиболее выгодной для образования устойчивых комплексов.
Исследователи изучили взаимодействие S-белка с ACE2 видов, которые гипотетически причастны к пандемии (летучие мыши и панголины); известны своей восприимчивостью или, наоборот, устойчивостью к инфекции (тигры, мыши, хорьки, хомяки, циветты, обезьяны) или являются домашними животными (коровы, лошади, кошки, собаки). Это позволяет определить, какие виды с наибольшей вероятностью сыграли роль промежуточных хозяев, через которых SARS-CoV-2 перешел от предполагаемого источника — летучих мышей — к человеку.
Оказалось, что энергия связывания S-белка с человеческим ACE2 была для человека выше, чем для любых других видов. Далее следует (в порядке убывания сродства) панголины, собаки, обезьяны, хомяки, хорьки, кошки, тигры, летучие мыши, пальмовые циветты, лошади, коровы, змеи и мыши — которые, как известно, не восприимчивы к COVID-19. Иными словами, SARS-CoV-2 уже на ранней стадии развития пандемии, когда мутации происходили редко, был удивительно хорошо адаптирован для связывания с ACE2 человека. Это открытие неожиданно тем, что обычно зоонозные вирусы имеют наивысшее сродство с видом-источником. Лишь по мере того, как вирус адаптируется к своему новому хозяину, возникают мутации, которые увеличивают сродство связывания с рецепторами этого хозяина.
Схожая энергия связывания у людей и панголинов (несмотря на структурные различия ACE2) не дает исключить версию того, что панголины являются промежуточным вектором для уханьского коронавируса (в отличие от пальмовых циветт, которые когда-то были промежуточными хозяевами для SARS). Интересно, что у обезьян наблюдается обратная картина: несмотря на высокое сходство последовательностей в мембранном белке, сродство вируса к ACE2 намного ниже, чем у человека, что подтверждается небольшой восприимчивостью макак к вирусу. Тем не менее, остается неясным, как самые первые штаммы SARS-CoV-2 приобрели такое высокое сродство к человеческому ACE2 без предварительной адаптации. Это означает, что S-белок оригинального штамма уханьского коронавируса должен был развиться через отбор на человеческом ACE2.
Однако авторы статьи не делают поспешных заявлений о доказательствах лабораторного происхождения коронавируса. По их словам, только будущие исследования помогут выяснить, является ли SARS-CoV-2 все-таки естественным и был ли он передан людям через промежуточный животный вектор, или же он возник в результате рекомбинации, которая произошла в лаборатории случайно или намеренно.