Jak powstają mutacje, czy warto czekać na nowy szczep koronawirusa?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

W październiku ubiegłego roku, gdzieś w Indiach, osoba prawdopodobnie z obniżoną odpornością zachorowała na COVID-19. Jego przypadek mógł być łagodny, ale z powodu niezdolności jego organizmu do pozbycia się koronawirusa, zwlekał i rozmnażał się. Gdy wirus replikował się i przemieszczał z jednej komórki do drugiej, fragmenty materiału genetycznego kopiowały się niepoprawnie. Tym zmodyfikowanym wirusem zaraził otaczających go ludzi.

W ten sposób, zdaniem naukowców, powstał szczep koronawirusa Delta, który sieje spustoszenie na całym świecie i każdego dnia pochłania ogromną liczbę istnień ludzkich. Podczas pandemii COVID-19 zidentyfikowano już tysiące wariantów tego wirusa, z których cztery są uważane za „niepokojące” – Alpha, Beta, Gamma i Delta.

Najgroźniejszym z nich jest Delta, według niektórych doniesień jest o 97% bardziej zakaźny niż oryginalny koronawirus, który pojawił się w 2019 roku w Wuhan. Ale czy mogą istnieć jeszcze bardziej niebezpieczne szczepy niż Delta? Zrozumienie, jak zachodzą mutacje, pomoże odpowiedzieć na to pytanie.

Koronawirusy są bardziej podatne na mutacje niż inne wirusy

Taki obrót wydarzeń jak w Indiach nie był dla mikrobiologów zaskoczeniem. Oczywiście nie byli w stanie przewidzieć, gdzie i kiedy pojawi się jeszcze bardziej śmiercionośny wirus i czy w ogóle się to stanie, ale możliwość niebezpiecznej mutacji została w pełni dopuszczona. Według Bethany Moore, przewodniczącej Wydziału Mikrobiologii i Immunologii na Uniwersytecie Michigan, za każdym razem, gdy wirus dostanie się do komórki, replikuje swój genom, aby rozprzestrzenić się na inne komórki.

Co więcej, koronawirusy kopiują swoje genomy bardziej niedbale niż ludzie, zwierzęta, a nawet niektóre inne patogeny. Oznacza to, że w procesie kopiowania własnych kodów genetycznych często popełniają błędy, co prowadzi do mutacji. Chociaż istnieją wirusy, które mutują nawet częściej niż koronawirus, na przykład grypa. Dzieje się tak, ponieważ RNA koronawirusów zawiera enzym sprawdzający, który jest odpowiedzialny za podwójną kontrolę kopii. Dlatego najczęściej w jakiej formie dostaje się do człowieka, w ten sposób pochodzi od niego.

Jednak, jak mówią epidemiolodzy, aby wyrządzić światu nieodwracalne szkody, wiele niepoprawnie skopiowanych kopii nie jest potrzebnych. Wirusy przenoszone przez unoszące się w powietrzu kropelki, na przykład podczas rozmowy, rozprzestrzeniają się znacznie szybciej niż te przenoszone drogą płciową, krwią, a nawet dotykowo. Ponadto takie wirusy niosą za sobą jeszcze jedno niebezpieczeństwo – zarażona osoba może go przenieść, a nawet jego zmutowaną wersję, jeszcze zanim dowie się o swojej infekcji.

Poszczególne mutacje koronawirusa są mniej niebezpieczne niż ewolucja konwergentna

Większość mutacji albo sama zabija wirusa, albo umiera z powodu braku rozprzestrzeniania się, co oznacza, że nosiciel przekazuje go niewielkiej liczbie osób, które izolują wirusa i zapobiegają dalszemu rozprzestrzenianiu się. Kiedy jednak powstaje duża liczba mutacji, niektórym z nich przypadkowo udaje się „uciec” z ograniczonego kręgu nosicieli, np. gdy zarażona osoba odwiedzi zatłoczone miejsce lub wydarzenie z dużą liczbą uczestników.

Jednak według Vaughna Coopera, profesora mikrobiologii i genetyki molekularnej, naukowcy najbardziej boją się nie tylko mutacji jednego wirusa, ale podobnych zmian, które występują w wielu niezależnych wariantach. Takie zmiany zawsze sprawiają, że wirus jest doskonalszy pod względem ewolucji. Zjawisko to nazywa się ewolucją konwergentną.

Na przykład we wszystkich wymienionych powyżej szczepach mutacja wystąpiła w jednej części białka wypustek (białko wypustek). Te występy pomagają wirusowi infekować ludzkie komórki. Tak więc w wyniku mutacji D614G jeden rodzaj aminokwasu (nazywany kwasem asparaginowym) został zastąpiony glicyną, co uczyniło wirus bardziej zakaźnym.

Inna powszechna mutacja, znana jako L452R, przekształca aminokwas leucynę w argininę, ponownie w białku kolczastym. Biorąc pod uwagę, że mutację L452 zaobserwowano w kilkunastu pojedynczych klonach, można stwierdzić, że zapewnia ona istotną przewagę koronawirusowi. To założenie zostało niedawno potwierdzone przez badaczy po zsekwencjonowaniu setek próbek wirusa. Co więcej, jak sugerują naukowcy, L452R pomaga wirusowi zarażać ludzi pewną odpornością na koronawirusa.

Ponieważ białko kolczaste miało kluczowe znaczenie dla rozwoju szczepionek i terapii, naukowcy przeprowadzili największą ilość badań, aby zbadać występujące w nim mutacje. Jednak niektórzy naukowcy uważają, że samo badanie mutacji w białku kolcowym nie wystarczy do zrozumienia wirusa. W szczególności tę opinię podziela Nash Rochman, ekspert w dziedzinie wirusologii ewolucyjnej.

Rohman jest współautorem niedawnego artykułu, w którym stwierdza się, że chociaż białko kolczaste jest ważnym elementem wirusa, istnieje również inna, równie ważna jego część, zwana białkiem nukleokapsydu. Jest to powłoka otaczająca genom RNA wirusa. Zdaniem naukowca te dwa obszary mogą ze sobą współpracować. Oznacza to, że wariant z mutacją w białku wypustkowym bez żadnych zmian w białku nukleokapsydu może zachowywać się zupełnie inaczej niż inny wariant, który ma mutacje w obu białkach.

Grupa mutacji, które działają wspólnie, nazywa się epistazą. Symulacje przeprowadzone przez Rohmana i współpracowników pokazują, że niewielka grupa mutacji w różnych punktach może pomóc wirusowi uciec przed przeciwciałami, a tym samym zmniejszyć skuteczność szczepionek.

Groźba groźnej mutacji koronawirusa utrzyma się do końca pandemii

Największym zmartwieniem naukowców jest fakt, że pojawiają się mutacje odporne na szczepienia. Wszystkie szczepionki wykazują obecnie swoją skuteczność. Jednak najnowszy wariant Mu okazał się już na nie znacznie bardziej odporny niż wszystkie poprzednie szczepy, w tym wariant Delta.

Biorąc pod uwagę, że niewielka część światowej populacji jest nadal szczepiona, wirus nie potrzebuje szczególnej mutacji zdolnej do całkowitego przechytrzenia układu odpornościowego. Eksperci uważają, że wirusowi łatwiej jest znaleźć nowe i lepsze sposoby zarażania miliardów ludzi, którzy nie mają jeszcze odporności.

Jednak nikt nie wie, jakie mutacje nas czekają i jakie szkody mogą spowodować. Biorąc pod uwagę długi okres inkubacji, wirus z niebezpieczną mutacją może przetrwać i rozprzestrzenić się po całej planecie, nawet jeśli pochodzi z słabo zaludnionego obszaru.

Rozumiejąc problem mutacji, ważne jest, aby zrozumieć jedną rzecz - pojawiają się one, gdy dochodzi do replikacji wirusa. Mutacje pojawiające się w tym roku w różnych krajach powodują, że pandemia nie jest jeszcze pod kontrolą. Oznacza to, że im bardziej szalejąca pandemia, tym więcej pojawia się mutacji, co z kolei przyczynia się do jeszcze większego rozprzestrzeniania się wirusa. Dlatego najlepszym sposobem zapobiegania pojawieniu się przyszłych, bardziej niebezpiecznych szczepów jest ograniczenie liczby replikacji. W tej chwili pomaga w tym szczepienie, a także przestrzeganie środków zapobiegawczych.