Суперкомпьютер смог разгадать главную загадку коронавируса

В целом коронавирус остается загадкой на базовом уровне — по‑прежнему непонятно, как именно выглядит весь «жизненный путь» этого вируса в организме человека. Похоже, что долгожданный прорыв произошел этим летом в результате синергии биологии и информационных технологий — когда на одном из мощнейших суперкомпьютеров мира был обработан колоссальный массив генетических данных коронавируса.

В Оак-Риджской национальной лаборатории США с 2018 года работает невероятно мощный суперкомпьютер Summit, который на момент запуска был первым в мире по вычислительным возможностям и даже сейчас, спустя два года, сместился в этом рейтинге всего на одну строчку вниз. Несмотря на все свои достоинства, чтобы проанализировать информацию о более чем 40 тысячах генов из примерно 17 тысяч образцов генетического материала у него ушла неделя с лишним. За это время он просчитал 2,5 миллиарда комбинаций генов и на основе результатов его работы исследователи сделали многообещающие выводы, опубликованные в журнале eLife.
ЕВесь массив полученной информации позволил ученым обосновать гипотезу о ключевой роли так называемого брадикининового шторма в развитии коронавирусной инфекции. Внимательный читатель в этом месте, скорее всего, спросит — а не многовато ли на один COVID-19 всяких «биологических ураганов», ведь совсем недавно публикации на эту тему регулярно упоминали цитокиновый шторм? И будет прав, так как ровно тот же самый вопрос и задали ученые в своей работе.

«Штормами» называют лавинообразные реакции организма на дисбаланс определенных соединений остатков аминокислот (пептидов), в результате которых их количество экспоненциально увеличивается, собственные органы и системы тела начинают его уничтожать. Цитокины — это сигнальные молекулы, которые позволяют согласовать действия клеток иммунной, эндокринной и нервной систем. При заболевании COVID-19 существует риск излишней выработки цитокинов некоторыми тканями, что приводит к непропорционально сильной реакции лимфоцитов, атакующих все клетки на своем пути.
Пытаясь, в числе прочего, определить причины подобного поведения организма больного, американские ученые обнаружили, что его, вероятнее всего, косвенно запускает другой «шторм» — вызванный чрезмерным количеством брадикинина. Это соединение в организме, как правило, отвечает за расширение кровеносных сосудов и проницаемость их стенок. Когда SARS-CoV-2 попадает в организм, он стимулирует выработку данного пептида даже в тех клетках, которым это обычно не свойственно. В результате кровеносные сосуды начинают обильно выделять жидкость в окружающие ткани, что, в том числе, приводит и к ее накоплению в легких.

Слева: нормальный здоровый кровеносный сосуд. Справа: такой же сосуд во время брадикининового шторма (желтым обозначена жидкость в тканях вокруг, а фиолетовым иммунные клетки)

Колоссальная работа ученых из Оак-Риджской лаборатории открывает новую главу в исследовании коронавируса. Немаловажным фактором является согласованность ее выводов с рядом ранее опубликованных статей, среди которых несколько раз высказывалось мнение, согласно которому COVID-19 является не респираторным заболеванием, а болезнью сердечно-сосудистой системы. Наконец, исходя из новых данных, при терапии коронавирусной инфекции могут оказаться эффективными препараты, ранее одобренные для лечения состояний, которые связаны с избытком брадикинина. А это достаточно простые и распространенные медикаменты.
Исследователи подчеркивают, что это всего лишь гипотеза и она требует еще множества проверок, без которых применение ее следствий на живых пациентах недопустимо. Но нельзя отрицать, что брадикининовый шторм и правда объясняет очень многое в «поведении» SARS-CoV-2. Начиная от механизмов заражения и развития заболевания, заканчивая тем, почему людям нередко становится только хуже при искусственной вентиляции легких. Дело в том, что развитие такого «шторма» приводит и к повышенной выработке гилауроновой кислоты, которая превращает жидкость в легких в желе, намертво закупоривающее альвеолы — неважно, сколько кислорода поступает в дыхательную систему, если она на микроуровне не способна его поглотить.