Найточніша на даний момент комп’ютерна модель вірусу, причини втрати нюху в інфікованих та клінічні випробування терапії нейтралізуючими антитілами – про це докладніше в науковому огляді Тижня.
Суперкомп’ютерна візуалізація вірусу
Цьогорічну спеціальну премію Гордона Белла вручили 12 дослідникам із США за комп’ютерне моделювання коронавірусу з урахуванням 305 млн атомів. Цю премію заснував 1987 року американський інженер Гордон Белл, і видається вона за особливі досягнення у суперкомп’ютерних обчисленнях. Спеціальну ж премію видають за досягнення у сумісних сферах, як-от цього року – за моделювання вірусу. Наразі робота лауреатів доступна лише у вигляді препринту (їхня стаття ще не пройшла наукове рецензування у журналі).
Суперкомп'ютерна модель коронавірусу. (А) Модель вірусу з 305 млн атомів, на якій зображено 24 S-білки; (B) S-білок, приєднаний до мембрани, 1,7 млн атомів; (С) Рецептор-зв'язуючий домен, яким вірус приєднується до рецептора ACE2; (D) З'єднання S-білка (сірий) з рецептором ACE2 (жовтий) через рецептор-зв'язуючий домен (блакитний). Синім зображено N- та O-глікани.
Вчені використали суперкомп’ютер Summit в лабораторії Оак-Рідж, що з червня 2018 до червня 2020 був найпотужнішим у світі – з продуктивністю 200 петафлопс (200 000 трильйонів операцій в секунду, приблизно в мільйон разів продуктивніший за домашні персональні комп’ютери). Розрахунки проводилися методами молекулярної динаміки в поєднанні із машинним навчанням. Моделювання одного маленького вірусу зайняло приблизно місяць роботи половини розрахункових вузлів Summit.
Читайте також: Жертви звички. Чому хворіють українці
В моделі вірус складається із 305 мільйонів атомів, комплекс із S-білка, приєднаного до ACE2 – з 8,5 мільйонів, сам білок -– 1,7 мільйони, а ділянка, яка приєднується до рецептора клітини – 800 тис атомів. Моделювання показало кілька до того невідомих структурних речей у вірусі – прояснення ролі декількох гліканів у структурі S-білка; кріплення рецептора ACE2 до клітинної мембрани завдяки гнучкій «ніжці», через що тому легше з’єднуватися із вірусним білком, а сама ця гнучкість може слугувати джерелом механічної енергії для подальшого злиття мембран вірусу і клітини; пояснення процесу розкриття S-білка, що потенційно важливо для створення ліків, які його блокують. Вчені розробили кілька програм, заснованих на технологіях штучного інтелекту, що допомагають проводити такі потужні обчислення.
Чому зникає нюх
Втрата нюху – частий специфічний симптом в інфікованих коронавірусом. Його настільки асоціюють із інфекцією, що за опитуваннями про втрату нюху навіть моделюють перебіг епідемії. 24 листопада в журналі iScience із групи Cell вийшла стаття із обґрунтованою гіпотезою виникнення цього симптому. Задля проникнення у клітину вірус використовує кілька білків, серед яких найважливіші – ACE2 (фермент, що бере участь в регулюванні кров’яного тиску) та серинова протеаза TMPRSS2. Вірус приєднується своїм S-білком до рецептору ACE2, після чого завдяки сериновій протеазі відбувається злиття вірусного капсиду та клітинної мембрани.
Група вчених із Університету Женеви встановила, що гени, відповідальні за експресію цих білків, є в клітинах, які складають нюховий епітелій і нюхову цибулину. Вчені взяли біопсію нюхового епітелію у чотирьох пацієнтів Університетського госпіталя Женеви. Він складається із кількох типів клітин, і у респіраторних війчастих та підтримуючих клітин знайшли гени, що експресують необхідні білки. Науковці також дослідили тканини двох пацієнтів, які перенесли COVID-19, і встановили пошкодження, які можна пояснити наявністю вірусних частинок в підтримуючих клітинах. Проте через невелику кількість зразків автори статті не взялися напевне підтвердити факт проникнення вірусу у ці клітини.
Читайте також: Die Welt: Чому на вакцину Biontech покладають такі надії
Автори статті припускають, що втрата нюху якраз і пов’язана із наявністю рецепторів ACE2 в підтримуючих клітинах нюхового нейроепітелію. Вони відновлюються довго, і якщо вірус їх руйнує, знадобиться час для повернення почуття нюху. До того ж, вони зазначають, що функція цих білків у самому процесі розпізнавання запахів ще невідома, і тому, вірогідно, їхнє блокування коронавірусом само по собі викличе дисфункцію усієї системи нюху.
Терапія антитілами
В The New England Journal of Medicine опублікували проміжні результати другої фази клінічних досліджень терапії нейтралізуючими антитілами LY-CoV555 хворих на COVID-19 із симптомами середньої та легкої тяжкості. В дослідження прийняли участь 452 пацієнти з 41 медичного центру США. З них 143 отримали плацебо для контролю, а інших поділили на приблизно рівні групи, і ввели одноразово дози у 700, 2800 та 7000 мг антитіл. Близько 70% від хворих складали люди, що мали хоча б один фактор ризику – вік за 65, індекс маси тіла більший за 35, або ж одну із тяжких супутніх хвороб.
Читайте також: Комети, білявки та південний вітер. Як наші предки шукали ліки від пандемії
Медіана прийому препарату – на четвертий день з появи симптомів. Вчені заміряли вірусне навантаження, а також протоколювали симптоми піддослідних. У групі, що отримала 2800 мг нейтралізуючих антитіл, вірусне навантаження впало у 3,4 рази в порівнянні із контрольною групою. В двох інших групах результати були помірніші. А на 2 та 6 день заміру результатів, ці пацієнти мали слабше виражені симптоми, ніж контроль. З тих, кому ввели препарат, усього 1,6% потребували госпіталізації проти 6,3% у контрольній групі. Для людей із факторами ризику різниця ще більша – 4% госпіталізацій проти 15%.