Video: Koroonaviiruse Variandid Ei Tundu Seni Väga Muutuvad
SARS-CoV-2 võib settida piiratud mutatsioonide hulka.
Kahtlemata olete kuulnud uudsetest koronaviiruse variantidest, mis arenevad kogu maailmas. Praegu näib olevat rohkem kui tosin SARS-CoV-2 versiooni, mis on erineval määral murettekitavad, kuna mõned on seotud suurenenud nakkavuse ja surmaga, teised aga mitte. Sellest mitmekesisusest on lihtne üle käia ja karta, et me ei saavuta kunagi karja immuunsust. Siiski kasvab tõendeid selle kohta, et neil variantidel on sarnased mutatsioonide kombinatsioonid. See ei pruugi olla mitmeotstarbeline sõda, millest paljud kardavad, ja lõpmatult palju uusi viirusversioone.
Olen evolutsiooniline mikrobioloog, kes uurib, kuidas bakterid ja viirused kohanevad uue keskkonna või peremeesorganismidega. Nagu paljud mikrobioloogid, oleme ka mina ja mu kolleegid pööranud tähelepanu mõistmisele, kuidas SARS-CoV-2 arendab kohanemist inimestel paljunemiseks ja levitamiseks. Meie lemmik laborimeetod on eksperimentaalne evolutsioon, kus me kasvatame mitu mikroobide populatsiooni, mis algasid samast tüvest samades tingimustes nädalaid või kuid. Uurime probleeme, näiteks kuidas areneb antibiootikumiresistentsus ja kuidas nakkused muutuvad krooniliseks. Selle meetodi jõud seisneb selles, et mitme populatsiooni kasutamine võimaldab meil "elu linti taasesitada" ja uurida, kui korratav ja lõppkokkuvõttes võib evolutsioon olla.
Ühte mustrit, mida näeme, nimetatakse konvergentseks evolutsiooniks, kus sama omadus ilmneb aja jooksul erinevates sõltumatutes liinides, tavaliselt kui nad kohanevad sarnaste keskkondadega. Ühed parimad näited lähenevast evolutsioonist hõlmavad mitmesuguste kõrbeloomade liivavärvi; vaalade, morskade ja manaatide lobatud ujumisuimed (mis on tegelikult kaugelt suguluses); ja isegi inimeste võime laktoosi täiskasvanuks seedida, mis tekkis geograafiliselt eraldatud populatsioonides mitu korda.
.
SARS-CoV-2 puhul võimaldavad tuhandete patsientide viiruste täielikud genoomijärjestused otsida lähenevaid mustreid. Kuigi enamik mutatsioonidest on ühekordsed, mis kustuvad, loovad mõned uued liinid, mis muutuvad üha sagedasemaks, kui viirus õnnestub paljundada ja nakatada paljusid inimesi. Kui sama viiruse osa muteerub kogu maailmas erinevates proovides korduvalt ja muutub sagedasemaks, kodeerib see mutatsioon suure tõenäosusega kohanemist, mis aitab viirusel paljuneda ja edasi kanduda.
Koronaviiruse suurenenud genoomiseire kasuks on mitmes hiljutises uuringus tuvastatud konvergentse evolutsiooni allkirjad. Siinsamas USA-s leidis meie labor vähemalt seitse geneetiliselt sõltumatut liini, mis omandasid mutatsiooni ühes viiruse kurikuulsa naastvalgu ühes punktis - seda, mida ta kasutab inimese rakkude kinnitamiseks. Spike'il on seotud aminohapete järjestus ja mutatsioon toimub positsioonil number 677. Algses SARS-CoV-2 on see aminohape glutamiin, lühendatult Q.
Kuue liini korral muteerus see Q teiseks aminohappeks, histidiiniks (H) ja seda nimetatakse 677H-ks. Seitsmendas reas muteerus Q teiseks aminohappeks, proliiniks (P). Igal suguvõsal on ka mutatsioon nimega S: 614G, mis oli esimene märkimisväärne muutus viiruses, mis tuvastati mitu kuud tagasi ja levis nii laialdaselt, et seda leidub nüüd 90 protsendis kõigist nakkustest. Nimetasime neile seitsmele USA suguvõsale tavaliste lindude - näiteks robin ja pelikan - järgi, et aidata meil neid eristada ja jälgida ning vältida eelarvamuste tekitamist, nimetades neid alade järgi, kus nad esmakordselt avastati.
USA-st väljaspool olevad liinid on omandanud ka 677H, sealhulgas Egiptuses, Taanis, Indias ja suure klastri Makedoonias. Uuel murettekitaval variandil nimega B.1.525 on samuti 677H, nagu ka mitmel liinil, mis pärinesid punktist B.1.1.7, mis on üks esimesi murettekitavaid versioone, mida märgati. S: 677 mutatsioonide kokkulangev ülemaailmne esilekerkimine ja nende viiekordne levimuse suurenemine pakub tugevaid tõendeid selle kohta, et need muutused peavad mingil viisil parandama viiruse vormi. Me ei tea veel, kuidas, kuid on märkimisväärne, et S: 677 piirneb piikvalgu piirkonnaga, mis aitab viirusel inimese rakkudesse siseneda ja nakatada.
See pole kaugeltki ainus SARS-CoV-2 lähenemise näide. Mutatsioonid vähemalt kaheksas erinevas piigivalgu asendis on kogu maailmas samaaegselt tõusuteel, ilmnedes punktis B.1.1.7 ja teistes suuremates murettekitavates variantides, mida tuntakse kui B.1.351, P.1 ja P.3. Need variandid jagavad mutatsioonide kombinatsioone positsioonides 18, 69–70, 417, 452, 501, 681 ja eriti E484K mutatsiooni osas, mis välistab neutraliseerivad antikehad. Sel põhjusel teatavad kaks juhtivat teaduslikku veebisaiti (http://covariants.org/ ja http://outbreak.info), mis jälgivad variante, nüüd meie tähelepanu lihtsustamiseks ja kindlustamiseks need jagatud, määratlevad mutatsioonid. USA haiguste tõrje keskused ja meedia on nende võtmemutatsioonide olulisust jälginud aeglaselt, kuid see muutub, sest just need muutused muudavad tõenäoliselt viiruse funktsioone, nagu nakkuslikkus või vaktsiinidest kõrvalehoidmise võimalus.
Üks võimalus seda tüüpi lähenevat evolutsiooni ette kujutada on Tetrise mäng, kus samade võidustruktuuride saavutamiseks saab piiratud arvu ehitusplokke kokku panna erineval viisil, erinevates kombinatsioonides. Näiteks on nüüd teada, et mutatsioonide kombinatsioon punktis B.1.1.7 muudab selle eriti nakkavaks ja et B.1.351 suguvõsa võib E484K tõttu antikehadest kõrvale hiilida.
Kuna paljud äsja avastatud variandid näivad olevat teistes väljakujunenud variantides leiduvate mutatsioonide proovivõtmised, võime spekuleerida, et viirusel hakkavad uued suuremad kohandused otsa saama. Kuid see ei tähenda, et evolutsiooni jõud peatuksid, kui hakkame lähenema karja immuunsusele ja leevendama piiranguid. Ajalugu ütleb meile, et viirused võivad kiiresti areneda, et vältida takistusi levikust, eriti kui nakkusi on endiselt palju. Peame meeles pidama, et mida rohkem on nakkusi, seda rohkem esineb mutatsioone ja need, mis aitavad viirusel kõige paremini ellu jääda, levivad. Seetõttu on uute nakkuste peatamine võtmetähtsusega. Need viiruslikud kohandused kirjutavad juba meie bioloogiaõpikud konvergentse evolutsiooni kohta ümber; püüdkem uue materjali piiramiseks.
Samuti on kriitiline, et teeme märkimisväärseid investeeringuid varajase hoiatamise süsteemi loomisse, et avastada uusi SARS-CoV-2 variante ja paljusid uusi teadaolevaid ja veel avastamata patogeene. Viiruse genoomi jälgimine ja järjestamine on võti. Põhjus, miks Ühendkuningriigis on avastatud palju variante, tuleneb teadlaste ja rahvatervise ametnike nägemuslikest investeeringutest nendesse tehnoloogiatesse.
USA-s on uue föderaalse stiimulipaketi märkimisväärne raha sissevool CDC-le juba suurendamas teadlaste viiruse proovide järjestamise ja analüüsimise sagedust. Seda tuleb jätkata, luues rahvatervise ekspertiisi ja teadustöö infrastruktuuri, et dekodeerida viiruse geneetilisi muutusi ja ennetada vajadust tulevikus vaktsiini modifitseerida. See oli põhiteadus, mis andis pandeemiale lootust uue vaktsiinitehnoloogia kaudu; ja uue toetuse saamisel on see ka meie eestkostja tulevaste ohtude vastu.
