Коронавирус: филогения, курение, летальность и снижение рисков заболеть

Есть ощущение, что про эпидемию COVID-19 сейчас вещают из каждого утюга. В этом плане Хабр радует хорошими постами с нормальными источниками и конструктивным обсуждением. Я тоже решила поделиться свежими препринтами на тему экспрессии ACE2 у укуренных мышей, особенностями генетики и эволюции вируса, а также рекомендациями о снижении рисков заболеть. И ещё поскольку мы занимаемся средствами для глаз в лаборатории, меня просто достали вопросами, что помогает. Если коротко — лучше всего помогает пакет на голову.
 

Evolution complete!

Все популяции живых организмов эволюционируют. Не очень живые тоже, если есть давление естественного отбора и способность к мутации. Вирусы традиционно занимают некую промежуточную нишу между живым и неживым в силу своей примитивности и неспособности к самостоятельному размножению. По сути, это крайне минималистичная форма жизни (хотя про это спорят), которая сэкономила на всём, чем только можно. Синтеза белка нет, автономной репликации генетической информации нет. Только небольшой комок защитных белков, белковые механизмы для проникновения в клетку-хозяина и немного ДНК/РНК.

Плюс у вирусов есть ещё одна важная особенность, которая позволяет им эволюционировать на порядки быстрее других видов. У них всё плохо с механизмами репарации, которые можно сравнить с системами контроля чётности в IT. Поэтому они чаще всего совершенно не впечатляются, если у них в процессе размножения отвалится какой-то не очень нужный кусок кода или наоборот будет захвачен фрагмент ДНК хозяина. Вирусы размножаются в таких количествах, что определённый процент дефектных вирионов обычно никак не влияет на способность к размножению.

Надо сказать, что эта нестабильность генетической структуры имеет для нас как плюсы, так и минусы. С одной стороны, она увеличивает риски обхода нашего иммунитета, который перебором B-лимфоцитов подобрал удачную комбинацию антител для подавления прошлой разновидности вируса. Поэтому изменение нейраминидазы и гемагглютинина, которые HxNy в обозначении штаммов гриппа, делает бесполезными прошлые антитела. С другой, частые мутации в сочетании с карантинными мерами приводят к селекции штаммов в более лёгкую форму.

Например, если вирус через 24 часа после заражения заставляет течь кровь из ушей и имеет высокую летальность, то, скорее всего, будет быстро лишён возможности размножаться из-за своей заметности, работы карантинных врачей и суровых людей с огнемётами. В то же время мутанты, которые вместо ужасающих симптомов ограничиваются непрерывными соплями и чиханием, имеют куда больше шансов на размножение, так как таких людей не будут пытаться закрыть в охраняемые карантинные зоны.

В случае с COVID-19 врачи стараются максимально быстро отлавливать любые видимые формы в том числе для селекции в сторону лёгкого течения заболевания. Если вы переболели лёгкой бессимптомной формой коронавируса, то тяжёлая разновидность, скорее всего, не сможет вас инфицировать. Да, я в курсе про сообщения о повторном заражении SARS-CoV-2. Но тут скорее всего несколько вариантов. Во-первых, это могут быть ложноотрицательные тесты, которые вначале показали выздоровление, а потом снова дали положительный результат. Во-вторых, есть определённый процент пациентов у которых не формируется напряжённый продолжительный иммунитет. Они могут полагаться только на Herd immunity — иммунитет толпы.


Филогенетическое дерево SARS-CoV-2. По нижней оси количество отличающихся нуклеотидов. Источник (Bioinformatics, Volume 34, Issue 23, 01 December 2018, Pages 4121–4123)

Если говорить о филогении SARS-CoV-2, то он не отличается склонностью к мутации. На данный момент существует 48 зарегистрированных вариантов этого вируса, и самая далёкая от нулевого образца Wuhan-Hu-1/2019 оранжевая ветвь имеет всего 12 отличающихся нуклеотидов. Это образец зарегистрированный в Финляндии с итальянским предком.

Судя по всему, селекция в сторону более лёгких форм может растянуться на много лет, если пандемию не удастся задавить.
 

Переходим к советам: курить вредно, но уже поздно рыпаться

Как уже известно, вирус использует мембранный рецептор к белку ACE2 (ангиотензин-превращающий фермент) для фиксации и первичного проникновения в клетку хозяина. Чаще всего эти рецепторы встречаются в эпителии респираторного тракта и в некотором количестве экспрессируются эпителиальными клетками полости рта. Чем больше ACE2 экспрессируется, тем проще вирусу первично заразить организм и размножаться в течение болезни. Тут есть несколько факторов.

Во-первых, вам должно повезти с генотипом. Этот белок кодируется двумя вариантами гена I и D. Соответственно, возможны комбинации II, ID, DD. Если у вас DD, то помимо высоких рисков с точки зрения сердечно-сосудистых заболеваний, вы получаете дополнительную уязвимость к SARS-CoV-2. Соответственно, летальность в различных популяциях человечества может отличаться из-за различий в соотношении генотипов.

Во-вторых, бросайте курить. Нет, для текущей пандемии вам это уже не поможет, но в любом случае, это отягчающий фактор. Я нашла интересный препринт, который указывает на увеличение экспрессии ACE2 у курильщиков.


Относительные уровни экспрессии ACE2 у добровольцев с различным анамнезом по курению. GSE994 — экспрессия в легких, GSE17913 — экспрессия в полости рта.

Исследования показали, что экспрессия значительно выше у курильщиков, если сравнивать с теми, кто никогда не курил или бросил. К сожалению, в исследовании не отмечено, как давно бросили курить добровольцы из группы «Former», но скорее всего речь идёт о 10+ лет.
Первичные ворота для заражения как правило лёгкие, но при повышенной экспрессии в полости рта выше риск получить живительную дозу вируса, просто облизав пальцы после поручней метро.


Экспрессия ACE2 у мышей-курильщиков

Схожие результаты были получены на модели мышей-курильщиков, которых до пяти месяцев заставляли дышать табачным дымом с определённой периодичностью. При этом наблюдалась прямая зависимость между стажем курения у мышей и степенью экспрессии.

Резюме: если вы престарелый курильщик, то ваши риски по летальности крайне велики.
 

Про Умифеновир

Есть несколько довольно известных коммерческих препаратов с умифеновиром в качестве действующего вещества. Его довольно активно продвигают на отечественном рынке для лечения всевозможных вирусных заболеваний.

В исследовании его сравнивали с плацебо. В результате плацебо группа давала отрицательный ПЦР на коронавирус в 82,6 % случаев, а умифеновир в 71,8 % случаев. Так что в данной ситуации оказалось практичнее употреблять таблетки без действующего вещества.
 

Летальность и опыты на людях

Тема, которая всех нервирует и вызывает больше всего разногласий. Как уже неоднократно говорилось, некорректно измерять летальность до окончания эпидемии, но можно с той или иной погрешностью определять, исходя из эпидемических моделей. Это как раз именно та ситуация, где selection bias встаёт в полный рост: больные с выраженными симптомами не обращаются к врачу, а просто слегка кашляют и заражают всех остальных.


«Чумной корабль» — Diamond Princess

Для корректного эксперимента нужно запереть толпу народа в ограниченном пространстве, дождаться пока все переболеют и посчитать число выживших. Конечно подобные методы не очень гуманны, но такой эксперимент получился совершенно случайно в инциденте с Diamond Princess, когда 3600 человек оказались заперты на карантин. В итоге, несмотря на меры предосторожности и регулярный перевод заразившихся в госпиталь, заражались всё новые пассажиры и члены персонала. В результате получилась хорошая оценка по нижней границе летальности — 1%. С учётом того, что пассажиры на круизном лайнере были преимущественно пожилые, то можно предположить, что в общей популяции летальность будет не менее 0,4-0,5 %. Базовое репродуктивное число — R0, по случаю с лайнером равно 2,8, что сопоставимо с гриппом. Нужно отметить, что этот коэффициент применим для условий жёсткого карантина. В крупном городе без специальных мероприятий он может быть значительно выше.
Верхняя граница сейчас оценивается в районе 4 %. Преимущественная группа риска — пожилые пациенты (источник, данные на 17 февраля):

Не облизывайте руки

Самая большая проблема в распространении вируса — руки. Если помните, входными воротами являются клетки полости рта и лёгочных путей, экспрессирующие ACE2.

От вирусного аэрозоля некоторую защиту дают респираторы класса FFP3/N99. Причём нужно очень неудачно попасть под облако вирусных частиц в капельках слюны и слизи после чихнувшего человека. В среднем, такое облако в закрытом помещении висит в воздухе не более пяти минут, после чего осаждается на окружающих предметах. Совсем весело, когда заболевший кашляет или чихает в ладонь, после чего трогает все поручни и ручки подряд. Поэтому банальная рекомендация регулярно обрабатывать дверные ручки и постоянно мыть руки более чем эффективна при условии, что вы не находитесь в непосредственной близости от чихающих людей.

Маски и респираторы, кстати, обладают ещё одним важным эффектом — они не дают вам коснуться губ и носа заражёнными руками.
 

Есть шикарнейшая серия Разрушителей легенд, посвящённая контаминации. Там очень наглядно показано, как «инфицированный» Адам очень быстро покрывает ультрафиолетовым маркером всё вокруг, включая лица коллег.


Мужчины, избавляйтесь уже от непреодолимого желания потрогать друг друга за руку

Короче говоря, моем руки, протираем спиртом клавиатуру с мышкой и отучаемся здороваться за руку. Много раз видела этот странноватый ритуал в опенспейсах, когда толпа народа тратит минут пять на то, чтобы перетрогать друг друга. Естественно, что руки после поручней метро никто не моет.

Что делать, если вы относительно защитили лёгкие от вирусного аэрозоля респиратором, но в метро на вас старательно кашлял подозрительный итальянец с азиатскими корнями, разговаривавший по телефону на фарси? Для начала вовсе не обязательно заворачиваться в белую простыню и сразу ползти в сторону кладбища. Но это также и не означает, что нужно ходить весь день покрытым капельками чужой слюны и слизи из носоглотки. Да, вы не вдохнули вирусный аэрозоль, но некоторые частицы попали на слизистые оболочки глаз. Сами слизистые глаз, судя по всему не являются воротами для инфекции, но носослёзные каналы смывают всё в носоглотку, где в итоге может закрепиться вирус. Фактически, в отсутствие герметичных очков, глаза становятся дополнительными входными воротами для инфекции.

У вас есть несколько путей для решения проблемы: если на вас кашлянули прямо в подъезде вашего дома, то оптимально будет хорошо умыться, тщательно промывая глаза. Для умывания у нашей лаборатории есть блефаролосьон. Первая часть вопросов, доставших меня — про него. Нет, даже если вы почистите веки по инструкции, это не поможет от вируса. Точнее, поможет так же, как мытьё водой. Но блефаролосьон разрабатывался для век, поэтому он при умывании меньше травмирует эти самые веки. Лучше умыться спецсредством и ходить чистым, чем вообще не умываться. Но и лучше умыться водой, чем ходить грязным.

Хуже, если возможности полноценно умыться с мылом нет. Самое главное — не надо лить в глаза агрессивные санитайзеры — получите химический ожог. Почти все медицинские протоколы при попадании биологически контаминированных жидкостей в глаза подразумевают промывание нейтральными растворами. Роговица — крайне нежная структура и её легко необратимо повредить неподходящими препаратами. В случае обработки нейтральными вещами часть вирионов будет смыта с поверхности. Чуть позже уже полноценно промоете глаза, когда сможете найти раковину. Так же удобно использовать стерильные блефаросалфетки нами же разработанные для обработки кожи вокруг глаз. Мы их делали для реанимации и для другого, но в итоге они стоят в почти каждой аптеке в индивидуальных упаковках «для протирания глаз» (на самом деле век). Работает очень хорошо. Нет, с макияжем не борется. Нет, вирус не уничтожает, но позволяет чуть уменьшить риски. Как и вода.



Поэтому общий принцип — защита глаз нужна либо полная (скафандр), либо умывайтесь вовремя, либо не гуляйте по общественным местам, где вам в лицо могут чихнуть. Судя по заключению китайских эпидемиологов, безопасной может считаться дистанция не менее 4,5 метров. В метро вы никуда не денетесь, но там уже стоят специальные люди, которые измеряют температуру тепловизором, поэтому, по логике, всё должно быть относительно хорошо.