SARS-CoV-2 mutacije i novi sojevi

Tekst koji sledi je adaptacija pregleda situacije sa novim sojem koronavirusa, originalno poslatog na Facebook. Ovo je na pola puta između stručnog i popularno-naučnog, tako da je teže za čitanje nego što uobičajeno za moje tekstove; ali od toga se ovde ne može pobeći. Reference na naučne studije sa originalnim podacima su povezane unutar teksta. 

1. Prirodna selekcija i pravac razvoja virusa

SARS-Cov-2 virus ima genom od oko 30,000 “slova,” tj. baza u okviru svoje viralne RNK. Enzim kojim se kopira pravi otprilike jednu grešku na svakih ~100,000 baza koje iskopira – tj. jedna greška na svake tri kopije virusa. Prosečna zaražena osoba proizvede oko sto milijardi kopija virusa; ovo znači preko milion kopija koje imaju grešku, mutaciju, na svakom mogućem mestu u genomu.

Na sreću, većina dotičnih neće daleko stići. Neki virusi sa greškama u kopiranju će se zaglaviti u sluzi, neke će uništiti imuni sistem. Veliki broj će biti izbačeni u okolinu kroz kašljanje i disanje, ali neće uspeti da zarazi novu osobu. Samo nekoliko hiljada od tih stotina milijardi kopija uspe da stigne do sledeće osobe i proizvede zarazu.

Ali kada se to desi, sledi trka: virus se takmiči sa imunim sistemom novozaražene osobe, ali paralelno sa time, različiti sojevi sa različitim greškama u genomu takođe ulaze u međusobno takmičenje. Ako promena u genomu, mutacija, dovodi do lakšeg ulaska u ćelije, lakšeg prenosa, i većeg broja proizvedenih kopija – ta mutacija pobeđuje u trci sa svojim rođacima.

Cilj ove trke je proizvesti što više kopija i što više se raširiti. U korist ovog cilja, prirodna selekcija bira viruse koji se najbolje razmnožavaju, najbolje prenose, i najbolje izbegavaju imuni sistem. Dugoročno, ovo ima i prednost sa naše, ljudske, tačke gledišta: pošto jako bolesni ljudi teže da ostanu kod kuće (ili u bolnici) i manje prenose virus, selekcija u većini slučajeva polako čini nove viruse manje opasnim kroz vreme. Ali kratkoročno, ovo može da nam napravi velike probleme.

2. Novi mutant: B.1.1.7

Naučna imena su često naporna; ali imaju svoj smisao. Novi mutant o kome se trenutno razgovara se zove “B.1.1.7,” što je način da se prati podela sojeva kroz vreme. U ranim danima razvoja virusa, razdvojile su se linije A i B; linija A je bliža početnim virusima iz šišmiša i pangolina, dok je linija B brzo naletela na par važnih mutacija koje su pomogle u daljem širenju kroz ljude. Od ove tačke, dalja razdvajanja osnovnih sojeva idu kao grananje porodičnog stabla. Recimo, ako istu logiku primenimo na ljude po očinskoj liniji, moje ime bi bilo Petar.Jovan.Miloš – svaki korak predstavlja odvajanje od prethodnog koraka. B.1.1.7 je sedma linija koja se odvojila od prve linije koja se odvojila od prve linije koja se odvojila od početnog B soja virusa. 

Ovaj novi soj nosi u sebi 17 stabilnih mutacija (14 promena i 3 delecije) koje su specifične za ovu novu liniju. Efektivno nijedna od njih nije unikatna: na iste mutacije je naletelo više sojeva. Ovo je uobičajeno kod visoko selektivnih mutacija: više jedinki će ubosti dobitnu kombinaciju nezavisno, ako je ona dovoljno “dobitna.” Recimo, kritična mutacija ΔH69/ΔV70 je nastala pet puta nezavisno u različitim sojevima. To što imamo 14 takvih nije dobro: znači da je jedan soj “ubo” nekoliko različitih mutacija koje su sve dovoljno dobre da su “napipane” od strane prirodne selekcije nezavisno više puta.

3. Šta ove mutacije znače za širenje virusa

Većina promena povećava sposobnost virusa da se veže za ljudske ćelije i da uđe u njih. Ovo povećava infektivnost, možda i do 70%, mada su merenja za sada još uvek indirektna i čvrste cifre će tek da dođu. Svakako je jasno da novi mutant preuzima dominaciju u infekciji gde god se pojavi – što znači da “pobeđuje u takmičenju” sa drugim sojevima.

Čitaoci prethodnog teksta o strukturi proteina znaju da je struktura kritična za funkciju, kao i da struktura zavisi od sekvence (sekvence amino kiselina u lancu proteina, koja zavisi od sekvence baza u RNK). Promena u sekvenci vodi u promene u strukturi, što vodi do promene u funkciji.

U ovom konkretnom slučaju, posebno važna mutacija je pomenuta ΔH69/ΔV70, koja označava gubitak (brisanje) dve amino-kiseline iz proteinskog lanca. Ove amino-kiseline specifično nisu identične između različitih familija ljudskih koronavirusa. Ali ono što jeste očuvano je opšti oblik te strukture. Efektivno, zamislite da postoji luk koji viri iz proteina na tom mestu, i koji je sada postao znatno kraći.

Za stručnije čitaoce, conserved loop je WF(9-11 polar)NG, na pozicijama 64-75 referentno u odnosu na SARS-CoV-2 lineage B sekvencu. Koreni (WF i NG) su apsolutno očuvani čak i u cirkulišućim koronavirusima, dakle *vrlo* filogenetski stara stvar. Ova mutacija skraćuje omču između tih očuvanih mikrosekvenci sa 9-11 aa u svim cirkulišućim varijantama, na samo 7 aa.

Promena u ovoj strukturi je selektivna pošto time izbegava određena antitela, pogotovo unakrsna antitela iz prethodnih infekcija drugim vrstama koronavirusa. Drugim rečima, nije još dokazano, ali šanse su da je ovaj virus zarazniji za ljude koji su prethodno imali funkcionalni imunitet, na osnovu prethodnih infekcija srodnim virusima. Ne uvek, ali deo njihovih antitela, i deo takvih prethodno otpornih ljudi… sada više neće biti otporan na novi soj.

Veća briga sledi iz činjenice da ovo sada stvara novu “strukturalnu platformu,” od koje mogu da se dese dalje promene koje bi značajno promenile izgled cele spoljne strane “šiljka.” Mada ovo skoro sigurno ne bi negiralo imunitet iz vakcina, može da značajno smanji njihovu efikasnost.

Struktura “šiljak” proteina, sa označenim mutacijama. Shema na vrhu pokazuje “omču” koja je skraćena mutacijom ΔH69/ΔV70. Preuzeto iz Kemp et al. 2020 reference koja je u celini dostupna ovde.

4. Šta ovo znači u širem strateškom pogledu

Ja pokušavam da u ovakvim tekstovima izbegnem korišćenje ružnih reči, ali nekada to može da pomogne da se razume ozbiljnost problema. Otud, evo vam sledeći opis: link na strukturalnu studiju virusa sam dobio juče u chatu u kome učestvuje mnogo naučnika. Nakon pogleda i analize, moj komentar je bio “well, shit.” Kolega sa jako dobrim uvidom u situaciju je na ovo odgovorio sa “još jedan razlog zašto je imunitet krda stečen prirodnim putem totalno sranje.”

I taj njegov komentar je jako važno razumeti.

Ako vakcinišete nekoga, ta osoba stvara imunitet bez prilike da se u njoj virus replikuje i evoluira. Otud, ako se virus drži pod kontrolom, ako je broj zaraženih mali, i ako se tako dočeka vakcina i proizvede širok imunitet – virus nema mnogo šanse da evoluira. Čak i posle vakcinacije, kada imamo manji broj nezaštićenih i ako virus nastavi da cirkuliše, on ima manje prilika da skupi nove mutacije.

Ovo je kod mnogih virusa dvosekla oštrica. Mada ima manje mutacija, selektivni pritisak je veći (svaka promena, bez obzira koliko mala, koja omogućava da se zaobiđe imunitet od vakcine – postaje visoko selektivna). Ali u slučaju koronavirusa, koji vrlo sporo mutiraju u poređenju sa drugim, ograničavanje brzine evolucije je vrlo efektivna strategija.

U našoj situaciji, međutim, imamo široko širenje virusa sa masama obolelih. Ako se ovom novom soju dopusti da se raširi, i ako mu se da dovoljan broj inficiranih da nastavi sa evolucijom i proizvodnjom novih pod-sojeva, samo je pitanje vremena pre nego što ćemo dobiti nove mutante koji izbegavaju prethodni imunitet (i onaj od vakcina, ali i onaj od prethodnih infekcija). Što znači da cela priča počinje od kvadratne nule.

Mere ograničenja infekcije nisu tu samo zato da bi se izbegle smrti. Epidemiologija je multifaktorna oblast, koja pokušava da ograniči i današnje i buduće dejstvo virusa.

You May Also Like