Jak powstają nowe szczepy koronawirusa?
Chociaż jest to jeden z niewielu takich przypadków odnotowanych w przypadku SARS-CoV-2 – a badanie nie zostało jeszcze opublikowane w żadnym czasopiśmie naukowym, naukowcy zaobserwowali wcześniej podwójne infekcje różnymi szczepami innych wirusów oddechowych, takich jak grypa. Wywołało to pytania o to, jak te wirusy mogą oddziaływać na siebie u zakażonej osoby i co może to oznaczać, jeśli chodzi o powstawanie nowych szczepów.
Wirusy są mistrzami ewolucji, nieustannie mutując i tworząc nowe warianty w każdym cyklu replikacji, a te adaptacje napędza również presja selektywna u gospodarza – taka jak odpowiedź immunologiczna organizmu.
Większość z tych mutacji nie będzie miała znaczącego wpływu na wirusa, jednak te, które dają wirusowi przewagę – na przykład poprzez zwiększenie jego zdolności do replikacji lub unikania układu odpornościowego – są powodem do niepokoju i muszą być ściśle monitorowane.
Występowanie tych mutacji wynika z podatnego na błędy mechanizmu replikacji, z którego korzystają wirusy. Wirusy RNA – takie jak grypa i zapalenie wątroby typu C – generują stosunkowo dużą liczbę błędów przy każdej replikacji. Tworzy to swoisty “quasi-gatunek” populacji wirusów, w której każda ma pokrewne, ale nie identyczne sekwencje. Częstotliwość występowania poszczególnych wariantów wynika tu z interakcji z komórkami i układem odpornościowym gospodarza i może mieć wpływ na postęp choroby lub skuteczność terapii.
W porównaniu z innymi wirusami RNA koronawirusy mają niższe tempo mutacji. Dzieje się tak, ponieważ są one wyposażone w mechanizm korekcji, który może naprawiać niektóre z błędów występujących podczas replikacji. Mimo to istnieją dowody na różnorodność genetyczną wirusa u pacjentów zakażonych SARS-CoV-2, a wykrycie wielu wariantów u danej osoby może być wynikiem współzakażenia różnymi wariantami lub generowania mutacji w obrębie organizmu pacjenta po pierwotnym zakażeniu.
Jednym ze sposobów rozróżnienia tych dwóch scenariuszy jest porównanie sekwencji wariantów krążących w populacji z tymi u pacjenta.We wspomnianym brazylijskim badaniu zidentyfikowane warianty odpowiadały różnym liniom, które zostały wcześniej wykryte w populacji, co sugeruje współzakażenie przez te dwa warianty.
Niebezpieczna mieszanka?
Doniesienie o podwójnych zakażeniach wywołało obawy, że SARS-CoV-2 może jeszcze szybciej nabywać nowe mutacje. Dzieje się tak, ponieważ koronawirusy mogą również ulegać dużym zmianom w swojej sekwencji genetycznej w ramach procesu zwanego rekombinacją. Kiedy dwa wirusy infekują tę samą komórkę, mogą zamieniać między sobą duże części swoich genomów i tworzyć zupełnie nowe sekwencje.
Jest to znane zjawisko w przypadku wirusów RNA. Nowe warianty grypy również powstają w wyniku podobnego mechanizmu, zwanego “reasortacją”. Genom wirusa grypy, w przeciwieństwie do koronawirusa, składa się z ośmiu segmentów lub nici RNA. Kiedy dwa wirusy zakażają tę samą komórkę, segmenty te mieszają się i dopasowują do siebie, tworząc wirusy z nową kombinacją genów.
Co ciekawe, świnie mogą być zakażone różnymi szczepami wirusów grypy i w niektórych badaniach określa się je jako “naczynia mieszające”. Przykładowo, wirus, który wywołał w 2009 roku pandemię H1N1, powstał z reasortacji wirusa grypy ludzkiej, ptasiej i dwóch wirusów grypy świńskiej.
W przypadku koronawirusów, które zawierają tylko jedną nić RNA w każdej cząsteczce wirusa, rekombinacja może zachodzić jedynie pomiędzy nićmi RNA pochodzącymi z jednego lub więcej wirusów w tej samej komórce. Dowody na rekombinację znaleziono zarówno w laboratorium, jak i u pacjenta zakażonego wirusem SARS-CoV-2, co sugeruje, że może ona prowadzić do powstawania nowych wariantów. Uważa się, że zdolność SARS-CoV-2 do zakażania komórek ludzkich powstała w wyniku rekombinacji białka spike pomiędzy blisko spokrewnionymi koronawirusami zwierzęcymi.
Wymaga to jednak zarażenia dwoma wirusami tej samej komórki. Nawet jeśli dana osoba jest zakażona kilkoma wariantami, to jeśli replikują się one w różnych częściach ciała, nie będą ze sobą oddziaływać. Tak było w przypadku brazylijskich pacjentów, gdzie różne quasi-gatunki koronawirusów znaleziono w górnych i dolnych drogach oddechowych, co sugeruje, że oba wirusy nie mieszały się ze sobą.
Dotychczasowe dowody nie wskazują na to, że zakażenie więcej niż jednym wariantem prowadzi do poważniejszej choroby, lekarze uspokajają również, że mimo że podwójne zakażenie nie jest niemożliwe, dotychczas odnotowano znikomą ilość takich przypadków.
I chociaż jest to możliwe, odnotowano bardzo niewiele przypadków współzakażenia.
Źródło: The Conversation