Геном коронавируса настолько короткий, что его можно открыть как текстовый файл в блокноте, а различия в нуклеотидной последовательности двух разных геномов видны невооружённым взглядом.

Скачать геномы одной кнопкой можно в GenBank'e , там же есть и начальный, референсный геном от декабря 2019 года из китайского Уханя. Геном это последовательность из всего четырёх типов нуклеотидов - А/Г/Т/Ц, то есть аденин, гуанин, тимин, цитозин. Соответственно, кроме минимальной описательной части и кучи букв A/G/T/C там ничего и нет. Пожалуй, это один из тех редчайших случаев, когда сбор данных для анализа занимает меньше времени, чем сам анализ.

Геномы коронавируса. Слева "начальный" геном из китайского Уханя от 2019 года, справа от 24 марта 2020 года, взятый у одного из инфицированных в США. Начало первого гена в геноме выделено синим цветом. Для удобства просмотра последовательность делят на столбцы одной ширины.

Что есть что?

К счастью, уже построена карта генома и известны нуклеотидные последовательности всех генов коронавируса. Например, первый ген кодирует белок orf1a, его первые 21 нуклеотида такие: ATGGAGAGCCTTGTCCCTGGT - как раз найдены и выделены на скриншоте. Зная начальные и конечные участки генов, не говоря уже о генах целиком, несложно разметить геном и понять что есть что в данном экземпляре коронавируса.

"Мусорная" ДНК

Какие-то участки генома не входят ни в один ген - это мусорная ДНК (РНК), которая не несёт наследственной информации и может мутировать (изменяться) как ей вздумается без вреда и пользы для вируса. Мусорной ДНК сформированы промежутки между генами, а также самое начало и конец генома. На картинке выше первые несколько строк как раз представляют из себя мусорную ДНК, и, например, первая строка не совпадает.

S-протеин

Так как геном во всех своих частях по сути одинаковый набор букв А/Г/Т/Ц, то для простоты анализа можно сфокусироваться на участке генома - на каком-нибудь одном гене.

За проникновение вируса в клетку отвечают белки (s-protein), выглядящие как шип на поверхности, в совокупности образующие ту самую "корону", давшую название этому типу вирусов. Именно на эти белки направлены создающиеся сейчас вакцины, которые должны остановить распространение эпидемии.

Если s-протеин мутирует быстро и сильно, то вакцины не будут поспевать за новыми мутациями, как в случае сезонного гриппа, Если медленно, то одна вакцина избавит человечество от проблем надолго.

Мутации гена, отвечающего за кодирование s-протеина мы и рассмотрим.

Схематичное изображение коронавируса. S-протеин отмечен вверху справа

От слов к нуклеотидам

Весь геном коронавируса это около 30'000 "букв". Последовательность нуклеотидов гена s-протеина известна, их всего 3822 штуки. Вот, например, первые пятьдесят:

ATGTTTGTTTTTCTTGTTTTATTGCCACTAGTCTCTAGTCAGTGTGTTAA

Вот последние пятьдесят:

АAGACGACTCTGAGCCAGTGCTCAAAGGAGTCAAATTACATTACACATAA

Если, как Микеланджело, в каждом геноме отрезать всё что до этих первых пятидесяти букв и после последних пятидесяти, то останется ген s-протеина. Поместив каждый ген в строку экселя удобно подмечать мутации. Например, на скриншоте ниже у некоторых гонконгских инфицированных на 22-й позиции стоит G вместо обычного T:

Скриншот с общими данными по геному и начальной частью гена s-протеина. Стрелками отмечены мутации (замены) Т -> G

Мутации

Геном или один ген это просто наследственная информация. По этой информации производится то, что уже в дальнейшем будет функционировать - белок (1 ген -> 1 белок). Мутация в гене это, обычно, и в нашем случае, замена одной "буквы" на другую. Некоторые мутации в гене приводят к изменению белка, некоторые нет. Некоторые слабо изменяют белок, некоторые сильно, что скорее всего приведёт к недееспособности вируса, так как сделанный по сильно мутированному гену белок будет неправильным и не сможет выполнять свои функции. С другой стороны, против изменённого белка может не подействовать вакцина, спроектированная под предыдущую "версию".

Пройтись циклом по всем геномам, найти ген s-протеина и поискать замены относительно начальной версии от 2019 года это несколько десятков строк простого программирования.

Визуализация

Традиционные линейные или столбчатые диаграммы не подходят для отображения 3822 нуклеотидов и их замен. Для наглядности удобнее расположить последовательность нуклеотидов как текст, слева направо, сверху вниз, а наличие мутации и их количество заменить цветом поля:

Wake up, Neo...

Цветами обозначено количество вариантов для данной "буквы" среди проанализированных геномов. Например, жёлтый цвет означает, что для данного нуклеотида существуют все три возможных варианта мутации и каждый из которых приводит к немного другой белковой молекуле. Если для "буквы" существует только одна мутация, и та безобидная, то цвет - ближайший к начальному фиолетовому.

Анимация по дням:

Мутации, мягко говоря, присутствуют, не одна и не две, и большинство несинонимичные. То есть те, которые изменяют белок "шипа" коронавируса. Но много это или мало в контексте мутации вируса и вакцин?

Исследователи говорят, что коронавирус SARS-CoV-2 мутирует относительно медленно. Например, сезонный грипп мутирует в разы быстрее. То есть можно рассчитывать, что вакцины, которые уже проходят клинические испытания на людях в семи лабоработориях, будут актуальны и эффективны продолжительный период времени. Раз так, ждём вакцину! =)

Источник: http://celado-ai.ru/blog/How-coronavirus-mutates-and-how-bad-is-it

Размер коронавируса SARS-CoV коррелирует с размером вируса на недавно опубликованной сотрудниками лаборатории новосибирского Государственного научного центра вирусологии и биотехнологии «Вектор» фотографией коронавируса SARS-Cov-2 (COVID-19), его диаметр составляет приблизительно 100 нм.

Далее в документе приводится подробное описание коронавируса SARS-CoV и его генома, а также методов его обнаружения.

Напомним, полный геном коронавируса SARS-Cov-2 был опубликован в базе Университета Калифорнии в Санта-Крузе 29 января 2020 года.

Согласно мнению авторов публикации в журнале Nature, геномные последовательности обоих вирусов, вызывающих пневмонию в тяжелой форме и относящихся к одному семейству: SARS-Cov и SARS-Соv2, достаточно близки.

Отметим, бывший эксперт ООН по бактериологическому оружию Игорь Никулин заявил, что коронавирус был разработан в США в 2015 году (интервью на Пикабу).

В журнале Nature в 2015 году вышла статья об успешном эксперименте американских ученых по модификации коронавируса китайской летучей мыши, когда в его геномную последовательность был введен ген белка, связывающегося с человеческим белком. В результате модификации вирус получил возможность напрямую проникать в клетки человека. Журнал Nature опубликовал отдельные разъяснения по этому поводу.

- Ссылка на патент (англ) https://patents.google.com/patent/US7220852B1/en

- Новость в СМИ

- Картинка из патента

Гугл-транслейт описания:

ФИГ. 2А-в - это электронные микрографы, иллюстрирующие ультраструктурные характеристики коронавируса, ассоциированного с атипичной пневмонией (атипичная пневмония-ков). ФИГ. 2А представляет собой тонкослойный электронно-микроскопический вид вирусных нуклеокапсидов, выровненных вдоль мембраны грубого эндоплазматического ретикулума (стрелка) в виде частиц, зародившихся в цистернах. Окутанные вирионы имеют поверхностные выступы (наконечник стрелы) и электронно-светящийся центр. Непосредственно под вирусной оболочкой лежит характерное кольцо, образованное спиральным нуклеокапсидом, часто видимым в поперечном сечении. ФИГ. 2B представляет собой отрицательное пятно (метиламин вольфрамат) электронно-микроскопическое изображение, показывающее пронизанную пятнами частицу коронавируса с типичной внутренней спиральной нуклеокапсид-подобной структурой и клубообразными поверхностными выступами, окружающими периферию частицы. Стержни: 100 Нм.

Там ещё картинки поврежденных альвеол, но они чёрно-белые и непонятные.

объяснение — научная редакция ИА Красная Веснаaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa

1. Генбанк

2. оригинал обсуждения на английском.

18 января 1940 года в замке Графенек на юге Германии нацисты начали убивать людей с психическими расстройствами, наследственными и неизлечимыми болезнями, инвалидов — ради "очищения", "улучшения" немецкого народа и из "милосердия". Преступления нацистов считаются верхом зверства, но идеи, которые ими двигали, появились задолго до Третьего рейха — и не исчезли после его падения

С незапамятных времен люди замечали, что дети более или менее похожи на родителей. А раз так, этой закономерностью можно воспользоваться. Еще Платон в диалоге "Государство" предлагал, как мы сейчас сказали бы, демографическую программу, которая регламентирует, кто с кем может заводить детей. По его мнению, у достойнейших мужчин должно быть несколько партнерш. В начале XVII века испанский врач Луис Меркадо написал трактат "О наследственных болезнях", где советовал подыскивать в супруги такого человека, который как можно больше от тебя отличается: тогда семя отца компенсирует изъяны семени матери, и наоборот. Но прошло еще почти 300 лет, прежде чем люди стали одержимы наследственностью.

В середине XIX века Чарльз Дарвин заявил, что жизнь подчинена естественному отбору. Организмы обладают разными признаками — одни черты помогают выжить и продолжить род, поэтому сохраняются, а другие исчезают. У Дарвина был младший двоюродный брат Фрэнсис Гальтон, и его эта идея поразила.

Как пишет Карл Циммер в книге "Она смеется, как мать", Гальтон изо всех сил старался окончить Кембриджский университет с отличием. Он нанимал репетиторов, ходил на пересдачи и даже упросил преподавателя перенести выпускной экзамен на год, но так и не преуспел. Тогда Гальтон осознал, что, в отличие от приятелей, он посредственность. А те, как ему казалось, унаследовали свои таланты и ум от родителей. Следовательно, выдающихся людей можно — и нужно! — разводить, проводя искусственный отбор.

В 1883 году Гальтон придумал для своего учения броское слово "евгеника", которое составлено из двух греческих корней: "хороший" и "род". Правда, это не помогло завоевать популярность на родине, в Великобритании. Зато евгенические идеи прижились в США.

История семьи Калликак

В конце XIX — начале XX века в Америке многие думали, что будущее страны под угрозой из-за распространения слабоумия. Среди тех, кто пытался найти причину, был психолог и педагог Генри Годдард, работавший в спецшколе. Годдард верил, что интеллект наследуется, как рост или цвет глаз, и что нация попросту вырождается. Чтобы проверить догадку, он стал изучать родословные учеников и вскоре нашел подтверждение.

Помощница Годдарда собрала информацию о полутысяче родственников одной ученицы и выяснила, что от ее далекого предка пошли две ветки потомков. Якобы во время Войны за независимость он переспал со слабоумной девушкой, а когда вернулся с фронта, женился на приличной женщине. У обеих родились дети. Среди отпрысков первой были сплошь идиоты и преступники, а от второй пошли врачи и адвокаты. По результатам этого исследования Годдард выпустил книгу "Семья Калликак", которая его прославила.

Еще до выхода "Семьи Калликак" в некоторых американских штатах были приняты законы о принудительной стерилизации преступников и слабоумных. Врач Уильям Макким, пишет Циммер, вообще предлагал "тихое безболезненное умерщвление". Обретя популярность, Годдард стал лоббировать подобные законы и дальше. Также власти по его совету стали проверять интеллект иммигрантов и солдат. Результаты были удручающие: казалось, что чернокожие и приезжие из Южной и Восточной Европы чуть ли не поголовно слабоумные. В 1924 году Конгресс принял закон, ограничивающий въезд в страну.

На самом деле помощница Годдарда много чего напутала. Никакого общего предка не существовало, а в "плохой" ветви было предостаточно вполне нормальных людей, грамотных и с работой. Отклонения в развитии, которые все же встречались среди родственников той ученицы спецшколы, часто можно было объяснить плохим питанием и другими спутниками бедности. Что до тестов на интеллект, то многие вопросы из них требовали не остроты ума, а конкретных знаний. Наконец, мы до сих пор не до конца понимаем, что такое интеллект, а тем более — как его измерять.

Начиная с 1920-х годов в Соединенных Штатах евгенику критиковали все громче, а в 1930-х она перестала считаться наукой. Но не в Германии.

Культиваторы генов

В Германии "Семья Калликак" впервые вышла еще в 1914 году. Как указывает в своей книге Карл Циммер, Адольф Гитлер прочитал ее спустя десять лет, пока сидел в тюрьме. К власти Гитлер пришел в январе 1933 года, а уже в июле в Германии был принят закон о предотвращении рождения потомства с наследственными заболеваниями. Среди прочего в список попали шизофрения, наследственные слепота и глухота, хорея Гентингтона, заячья губа.

Закон позволял стерилизовать больных людей, чтобы те не произвели такое же потомство. Решение принимал судья и два медика. Слабоумие выявляли с помощью тестов наподобие тех, что использовались в Америке. Через полтора года еще один новый закон обязал немцев предоставлять справки о состоянии здоровья перед вступлением в брак.

В книге The Nazi Doctors Роберт Джей Лифтон пишет, что врачам в Третьем рейхе так объясняли их миссию: они должны заботиться о том, чтобы люди осознавали весь свой расовый потенциал, не просто лечить больных, а взращивать гены, поддерживать чистоту крови и проповедовать законы природы.

Самой милосердной терапией для неизлечимых и безумных считалось умерщвление, поэтому стерилизация была только первым шагом. Дальше нацисты стали убивать "дефективных" детей в больницах, потом — взрослых. В основном расправлялись с пациентами психиатрических лечебниц, часть из которых переделали в центры для проведения эвтаназии.

Одна такая лечебница располагалась в замке Графенек. Переоборудованной она была открыта с января по декабрь 1940 года, после чего программу пришлось свернуть из-за возмущения немцев. Но убийства не прекратились. Наоборот, нацисты уничтожали все больше людей: больных, преступников, гомосексуалов, евреев, цыган и других неарийцев — просто делали это тайком и в основном на оккупированных территориях.

Истребление людей остановили только советские и союзнические войска под конец Второй мировой войны. Но они не победили евгенические идеи.

Отредактированные дети

"Несомненно, мы обязаны помнить о Холокосте и не позволить истории повториться. Но мы чувствуем, что у нас есть моральный долг способствовать "хорошим рождениям", то есть ставить перед собой в буквальном смысле евгенические цели. Действительно, если родителей поощряют обеспечить своим детям наилучшие условия (хорошее питание, образование, лечение, атмосферу любви в доме и т.д.), то почему бы не поощрять их к тому, чтобы у их детей были хорошие гены?" — пишет в статье о евгенике для Стэнфордской энциклопедии по философии Сара Геринг.

Евгенисты и нацисты рассуждали о генах, но не знали, что это такое. Никто не знал. В 1940-х годах ученые только предполагали, что наследственная информация записана в ДНК, но ее структура и механизм передачи признаков от родителей потомству были загадкой. В наследственности до сих пор остается много неясного. Тем не менее уже известно назначение многих генов и сбои, к которым приводят поломки в ДНК. Существуют и инструменты, позволяющие менять гены. Они далеки от совершенства, но это не останавливает ученых.

В конце 2018 года биолог Хэ Цзянькуй объявил о рождении близнецов с исправленным геном, от которого зависит, произойдет ли заражение ВИЧ. Другие ученые в основном не одобрили эксперимент (достаточно сказать, что у обеих девочек нужный ген отредактирован неточно и не во всех клетках), а позже китайский суд приговорил Хэ к трем годам в тюрьме.

Летом 2019 года россиянин Денис Ребриков собирался проделать то же самое, только с геном, из-за которого ребенок рождается глухим. Якобы он даже уговорил одну пару, но, когда поднялась шумиха, те отказались. Вдобавок на такой эксперимент еще нужно получить разрешение Минздрава, а после истории с Хэ сделать это будет непросто.

Неизбежная евгеника

Тем не менее технологии уже позволяют контролировать или, по крайней мере, расшифровывать наследственную информацию, а в будущем станут точнее и дешевле. Оттого специалисты по биоэтике рассуждают о новой евгенике — либеральной. Называется она так потому, что касается благополучия отдельных людей, а не общества и государства в целом. В ее основе — личная свобода выбора родителей в согласии с их ценностями и представлениями о лучшей жизни. То есть законы не указывают, что хорошо, а что плохо, и не обязывают пару вообще что-то предпринимать.

На первый взгляд, в такой евгенике нет ничего дурного, но возникают трудные вопросы. Вот некоторые из них.

Родители обязаны менять гены ребенка ради его будущего или только могут это делать, а могут и оставить все как есть?

Можно ли менять гены эмбриона, если получить его согласие в принципе невозможно?

Что допустимо: предотвращать болезни или также улучшать признаки? Где проходит граница между лечением и улучшением? Все ли, что кажется улучшением, на самом деле таково? К примеру, самые умные люди — самые счастливые?

Пусть государство не диктует, что хорошо, а что плохо, но в культуре все же существуют устойчивые предрассудки. Если позволить родителям выбирать, не попросят ли они высокого белого гетеросексуального мальчика, ведь у него будет больше шансов преуспеть в жизни? Иными словами, доступное редактирование генома может укрепить расизм, сексизм, гомофобию и другие предубеждения.

Генные технологии сложнее и дороже, чем прививка от полиомиелита, поэтому еще долго будут доступны только избранным. Вдруг социальное и экономическое неравенство укоренится в биологии человека?

Не изменимся ли мы со временем настолько, что перестанем быть людьми?

Большинство из этих вопросов кажутся умозрительными. В конце концов, пока родились только два ребенка с отредактированной ДНК, да и то их никто не видел, а до массового использования таких технологий остаются десятилетия, если не века. Но стоит задуматься, сколько детей не родились из-за того, что генетический тест выявил патологию во время беременности. В случае с некоторыми отклонениями, например, отсутствием одной из двух половых хромосом, которое вызывает синдром Шерешевского — Тернера, будущие родители почти всегда выбирают аборт.

Трудно сказать, какое решение в такой ситуации верное. Карл Циммер в своей книге рассказывает про несколько исков о "неправомочном рождении" от детей, которые считают, что их родители проявили халатность, проигнорировав результаты теста и позволив беременности продолжиться. А могут ли подать в суд люди с тяжелыми патологиями, чьи родители вообще не стали проверять плод? Это уже не умозрительный вопрос.

Дородовая диагностика и генная инженерия расширяют выбор, но в то же время лишают возможности вообще не выбирать. Каждый человек вынужден решать, что "хорошее рождение", а что нет, — все мы неизбежно становимся евгенистами.

Источник ТАСС