Взаимодействие омикрона с антителами изучили в Оксфорде

Всего через три недели после того, как вариант омикрон SARS-CoV-2 (B.1.1.529) был впервые обнаружен в Великобритании, он обогнал дельту в Лондоне, а количество ежедневных новых случаев в стране стало больше, чем когда-либо. Возможно, омикрон заместит дельту во всех регионах и вызовет длинный и широкий пик в начале 2022 года. В ближайшие недели очевидно. появятся более точные данные по тяжести заболевания, а пока все стремятся уточнить, насколько надежную защиту дают существующие вакцины.

Исследование, проведенное в Оксфорде, оценило влияние бустерной дозы вакцин на нейтрализацию омикрона, и добавило подробностей о взаимодействии антител с S-белком нового штамма. Результаты размещены на сервере препринтов bioRxiv.

Бустерные дозы вакцин

В исследовании участвовал 41 человек, получивший третью бустерную дозу вакцины Vaxzevria (ChAdOx1-S, AZD1222) компании AstraZeneca. Третья доза существенно повысила уровни нейтрализующих антител (НАТ) против варианта омикрон. Уровни НАТ через месяц после ревакцинации были аналогичны уровням против дельты через месяц после двух доз вакцины. В реальных эпидемиологических исследованиях две дозы вакцины AstraZeneca обеспечивали защиту от дельты, хотя и хуже, чем от ранних штаммов (см., например, публикацию в The Lancet: уровни защиты от инфекции 60% в случае дельты и 73% для альфы). Уровни НАТ у ревакцинированных были выше, чем у переболевших коронавирусной инфекцией, независимо от того, какой штамм ее вызвал.

Кроме того, в исследовании участвовало 20 человек, иммунизированных вакциной BNT162b2 (Pfizer/BioNTech), у которых брали кровь через четыре недели и шесть месяцев после второй дозы, затем перед ревакцинацией и через месяц после ревакцинации. У ревакцинированных мРНК-вакциной титры НАТ через месяц оказались выше, чем в любой из трех других временных точек.

Если обратиться к цифрам, титры НАТ против омикрона через месяц после бустера по сравнению с месяцем после второй дозы увеличились в 2,7 раза для AZD1222 и в 34,2 раза — для BNT162b2. При этом титр НАТ против старого штамма у получивших три дозы AZD1222 был выше в 12,7 раза по сравнению с титром против омикрона, титр НАТ против дельты по сравнению с омикроном — в 3,6 раза. Для BNT162b2, соответственно, 14,2 и 3,6 раза.

Эти наблюдения подтвердили падения нейтрализующих титров в течение полугода после вакцинации и целесообразность повторной вакцинации. Другое лабораторное исследование (то самое, где сравнивалась эффективность различных вакцин, в том числе «Спутника», против омикрона) также показали, что у людей, иммунизированных двумя дозами AZD1222 и мРНК-вакцин, сохраняются нейтрализующие антитела против омикрона, хотя их количество существенно снижено по сравнению с другими штаммами. Неоднократно отмечалось, что индуцированный вакциной Т-клеточный ответ на SARS-CoV-2, вероятно, снизится меньше, чем ответ антител, однако детальных результатов по Т-клеточному ответу пока нет.

Как сообщается в пресс-релизе AstraZeneca, компания сейчас собирает эпидемиологические данные по оценке эффективности своей вакцины против омикрона в ЮАР. AstraZeneca также анализирует образцы крови участников исследования фазы 2-3, чтобы оценить нейтрализующую активность третьей дозы — как той же вакцины, так и новой версии AZD2816 (подробнее на PCR.NEWS). Данные этих исследований ожидаются в ближайшее время.

Мутации и антитела

Вторая часть оксфордского исследования посвящена взаимодействию антител с S-белком омикрона. Снова подтвердился тот факт, что эффективность различных моноклональных антител против омикрона сильно снижена, включая коммерческие, например, коктейль антител от Regeneron. Однако не от всех антител вирус ускользает одинаково успешно, в частности, активность Vir S309 (Vir Biotechnology) затронута в меньшей степени.

Печально, что при этом аффинность рецепторсвязывающего домена (RBD) S-белка омикрона к рецептору человеческой клетки оказалась почти такой же, как у ранних штаммов. Омикрон справился с нетривиальной эволюционной задачей — ускользнуть от антител и не «потерять» рецептор, сохранив способность проникать в клетку.

Чтобы быстро оценить влияние многочисленных мутаций в RBD штамма омикрон, авторы смоделировали этот участок с помощью программы Alphafold2 (подробнее об этой программе на PCR.NEWS). Авторы отмечают вклад трех замен аминокислот — S371L, S373P, S375F; небольшие полярные остатки серина, придающие цепочке гибкость, заменяются на более объемные и менее гибкие гидрофобные аминокислотные остатки.

Эта богатая серином петля позволяет открыть карман для связывания липида, за счет чего вирус высвобождается из инфицированных клеток, а мутации могут привести к потере этой способности. Тем не менее есть признаки сильного давления отбора, способствующего сохранению именно этой комбинации мутаций. Эти три сериновых замены (а также K417N, T478K, G496S, Y505H) снижают аффинность к рецептору и одновременно способствуют ускользанию от иммунного ответа, отмечают авторы. Но у омикрона также имеются хорошо известные замены N501Y, E484K, S477N и Q498R (последняя эффективна только в комбинации с другими мутациями, поэтому появляется позднее других), которые сильно увеличивают аффинность к рецептору. И все эти изменения, взятые вместе, довольно незначительно изменяют общую структуру рецептора.

Мутации S477N, Q498R и N501Y увеличивают сродство к ACE2 в 37 раз. Авторы предполагают, что они «заякоривают» RBD вируса на ACE2, а остальные участки приобретают больше свободы для уклонения от нейтрализующих антител. Такая необычайная пластичность, способность «поглощать» мутации, сохраняя структуру и сродство к ACE2 — мощное оружие коронавируса.

Соотношение несинонимичных и синонимичных мутаций (синонимичная мутация в S-белке всего одна), также говорит об эволюции под сильным давлением отбора. Авторы поддерживают гипотезу о появлении омикрона в организме иммунодефицитного человека с последующей эволюцией в сельской популяции, где нет мониторинга и вирус распространяется свободно.

Ранее было предсказано, что когда увеличится популяционный иммунитет за счет естественной инфекции либо вакцинации, давление отбора будет направлено на поиск восприимчивого хозяина за счет повышенной трансмиссивности или за счет уклонения от антител. «Кажется, что омикрон достиг обеих этих целей», — отмечается в статье.

Авторы также получили кристаллические структуры домена RBD в комплексе с антигенсвязывающими фрагментами (Fab) моноклональных антител Beta55 и EY6A. Практически не изменилось связывание антитела EY6A с его высококонсервативным эпитопом. Интересно, что Beta55 взаимодействует с участком, который включает замены Q498R, N501Y, Y505H, но это ему не мешает.

Помимо антител, которые напрямую блокируют взаимодействие S-белка с ACE2, тем самым предотвращая прикрепление вируса к клетке-хозяину, есть два других класса нейтрализующих антител, отмечают авторы. Одни связываются вблизи гликозилированного аминокислотного остатка N343 (к ним относятся антитела Beta 49, 50 и 53, а также Vir S309). Они не мешают взаимодействию с рецептором, но, возможно, дестабилизируют тример S-белка. Антитела другого класса взаимодействуют с суперсайтом на N-концевом домене (NTD), также могут быть мощно нейтрализующими, хотя механизм их действия остается неясным.

Но все эти эпитопы сильно затронуты мутациями, в отличие от эпитопа, который распознается антителом EY6A. Такие антитела не блокируют связывание ACE2, но тем не менее обладают защитным действием на животных моделях. Этот строго консервативный эпитоп недоступен в большинстве конформаций RBD, и предполагается, что связывание с ним также дестабилизирует S-тример. По мнению авторов, этот эпитоп может быть мишенью для широко нейтрализующих терапевтических антител.

Нужны ли новые вакцины? И какие?

В предыдущих своих работах авторы сравнили нейтрализацию ранних пандемических штаммов SARS-CoV-2, а также альфы, беты, гаммы и дельты, сыворотками людей, инфицированных ранними штаммами, альфой, бетой или гаммой. Таким образом они построили приблизительную антигенную карту серокомплекса SARS-CoV-2. В пространстве этой карты ранние пандемические вирусы и альфа расположены в центре, штаммы бета/гамма сдвинуты в одном направлении, а дельта — в противоположном (иначе говоря, антитела переболевших бетой или гаммой плохо нейтрализуют дельту, и наоборот). Что неудивительно, омикрон «стремится» удалиться от всех известных вариантов: он «почти ортогонален плоскости, содержащей бету, гамму и дельту».

Это означает, что для омикрона с наибольшей вероятностью потребуется специальная вакцина. Однако такая вакцина, скорее всего, обеспечит хорошую защиту от омикрона, но не от других штаммов. По мнению авторов, возможен переход от нынешних моновалентных вакцин, содержащих S-белок «уханьского» вируса или ген этого белка, к мультивалентным вакцинам, содержащим несколько антигенов: раннего штамма либо альфы и тот или иной варианта с периферии антигенной карты.

Вопрос, который задают после появления каждого нового варианта: достиг ли SARS-CoV-2 вершины своей эволюции? У оксфордской группы есть следующее соображение. Все замены в белках омикрона, за исключением S371L, требовали изменения только единичных нуклеотидов. «Динуклеотидные мутации и эпистатические мутации труднее получить, но они открывают огромные неиспользованные возможности для будущих вариантов. Чтобы избежать этого, крайне важно контролировать пандемию SARSCoV-2, снижая количество инфицированных людей с помощью вакцинации и других мер во всем мире», — пишут они в заключение.