Nowy mutant koronawirusa. Co wiemy, a czego nie o SARS-CoV-2 (VOC) 202012/01

Już sama jego nazwa zwraca uwagę i ma to robić – to przecież „variant of concern” (VOC). W licznych, zwłaszcza wielkomiejskich rejonach Zjednoczonego Królestwa powoduje on już 50 lub więcej procent wszystkich zakażeń pandemicznym koronawirusem.

SARS-CoV-2 (VOC) 202012/01 został zauważony jako nowy mutant, powodujący rozległe ogniska epidemiczne w listopadzie 2020 r. w okolicach aglomeracji londyńskiej.

Dziś zapakował szczelnie londyńskie szpitale i postawił Downing Street 10 pod ścianą: nie zdjęto obostrzeń, dzieci nie wracają do szkoły po Nowym Roku. Chorych przybywa lawinowo, w tym tych, którzy mają mniej niż 20 lat.

Wariant poszedł w świat jak burza i jest już właściwie wszędzie. A ma jeszcze dość podobnego do siebie, ale niespokrewnionego ze sobą kolegę z RPA, który też ostatnio wybrał się na światowe tournee. Kilka mutacji i nagle takie coś!

Skąd to się bierze? Koronawirusy są wirusami RNA – największymi, jeśli chodzi o rozmiar genomu. Ich własny RNA jest powielany wyłącznie dzięki ich własnej polimerazie RNA, gdyż ludzkie komórki – komórki gospodarza – są pozbawione takiego enzymu.

Mutacja będzie się rozprzestrzeniać

Każdy enzym syntezujący kwas nukleinowy (DNA lub RNA) myli się. Pomyłka jest wliczona w jego pracę i to tym właśnie pomyłkom zawdzięczamy ewolucję istot żywych.

Pomyłki te wprowadzają do sekwencji DNA czy RNA mutacje. Każda taka nienaprawiona pomyłka polimerazy to mutacja. A sokoro tak – to będzie się ona dziedziczyć. Będzie ja widać w cząsteczkach potomnych wirusa.

Jeśli jakaś mutacja jest dla wirusa korzystna, to będzie się w jego populacji utrwalać, czyli będzie się rozprzestrzeniać – „w obiegu” będzie coraz więcej cząsteczek wirusa niosących tę mutację.

Polimeraza wirusowa namnażająca w milionowych kopiach genom wirusa SARS-CoV-2 też się myli. Choć dość rzadko jak na wirusy RNA, czyli np. znacznie rzadziej niż w przypadku wirusa grypy.

Ma specjalną dodatkową zdolność poprawiania własnych błędów. To sprawia, że wirus namnażając się podczas infekcji, produkuje dużą pulę cząstek aktywnych, a nie uszkodzonych.

Powstające błędy są przypadkowe, a wirus przed dokonaniem zakażenia kolejnej komórki czy osoby nie ma jak sprawdzić, czy nadal jest do tego dobrze dostosowany. Czy mutacje nie uczyniły z niego inwalidy. Ma strategię: miej miliardy dzieci, na pewno wiele z nich będzie udanych, a nie taką jak my: miej kilkoro, ale dbaj o nie bardzo.

Czasem te mutacje nie prowadzą do żadnych istotnych zmian w biologii wirusa. Zmutowane cząsteczki nie są w niczym ani lepsze, ani gorsze od cząsteczek, które były dla nich matrycą informacyjną.

Cząsteczki niezdolne do wywołania infekcji

Czasem, jak pokazałam wyżej, mogą powstawać wirusowe cząsteczki defektywne, niezdolne wywołać infekcji. Wreszcie – mutacja może się w konkretnych warunkach okazać korzystna dla wirusa. Np. pozwalać mu się szybciej, ale nadal dokładnie namnażać, jeszcze pewniej wchodzić do komórek gospodarza, unikać jego reakcji obronnych. Staje się wtedy źródłem ewolucji wirusa, a więc w sytuacji wywoływanej przez niego epidemii – wpływa na te epidemię znacząco i dla nas niekorzystnie.

W tym wypadku, który opisano symbolem SARS-CoV-2 (VOC) 202012/01 (znanym wcześniej jako B.1.1.7.), najistotniejsza okazuje się mutacja w domenie wiążącej receptor (RBD) białka spike w pozycji 501, gdzie aminokwas asparagina (N) został zastąpiony tyrozyną (Y).

Skrótem dla tej mutacji jest zatem N501Y, czasami oznaczane jako S: N501Y w celu określenia, że znajduje się ona w białku spike. Ten wariant niesie wiele innych mutacji, w tym podwójną delecję w białku S (pozycje 69 i 70).

Wcześniejsze prace nad wariantami z mutacją N501Y (bo wirus „londyński” nie jest pod tym względem osamotniony, ma też kilka innych istotnych mutacji w innych genach niż ten kodujący białko spike) sugerują, że mogą one silniej wiązać się z receptorem ludzkiego receptora ACE2.

Nie ma związku ze zwierzętami

Być może to właśnie owo ściślejsze wiązanie (o ile w ogóle zachodzi) przekłada się na istotne różnice epidemiologiczne. W jednym z badań laboratoryjnych przenoszenia wirusa między fretkami, u tych zwierząt modelowych spontanicznie powstała mutacja w tym samym miejscu (N501T).

Znaczenie tej obserwacji nie zostało jeszcze wyjaśnione. Jak dotąd VOC 202012/01 nie ma żadnego związku ze zwierzętami lub kontaktem ze zwierzętami.

Na ogół wirusy nie ewoluują w stronę większej zjadliwości. Dlaczego? Bo to byłoby bez sensu, a ewolucja może być bezkierunkowa, ale nie jest bezsensowna.

Przyjmijmy na moment upraszczając, że wirus to taki samolubny gen. Jego podstawowym zadaniem jest namnożyć się w jak największej liczbie kopii. Aby to uzyskać, musi zakazić jak najwięcej komórek. Aby zakazić jak najwięcej komórek – a potem organizmów – nie może ich samych za szybko zabijać.

Taki wirus HIV  jest znacznie doskonalszym w swym rodzaju patogenem niż wirus Ebola. W przypadku nowego epidemicznego wariantu koronawirusa obserwuje się podobne zjawisko – większa zakaźność, zero dowodów na większą zjadliwość.

Ten wariant szybko się rozwija

W swym najnowszym artykule (jeszcze w recenzjach) uczeni pod kierunkiem prof. Neila Fergusona z Imperial College w Londynie i ich współpracownicy napisali, że : „Wykorzystując występowanie w całym genomie różnych wariantów genetycznych w czasie i modelowanie filodynamiczne (jednoczesna dynamika procesów epidemiologicznych i ewolucyjnych) ustalono, że wariant ten szybko się rozwija. Nowy wariant ma przewagę transmisji od 0,4 do 0,7 pod względem liczby reprodukcji w porównaniu z poprzednio obserwowanym szczepem”. A ten poprzedni już był znacznie bardziej zakaźny od grypy sezonowej.

Większa zakaźność oznacza częstokroć – i może tak być i w tym przypadku, choć są inne możliwości – że znacznie mniej cząstek wirusa jest potrzebnych, aby się „efektywnie” nim zakazić.

Czyli w tym samym czasie jeden zarażony SARS-CoV-2 VOC 202012/01, także jeszcze lub w ogóle bezobjawowy (łącznie osoby takie, jak wskazują najnowsze badania, są odpowiedzialne za ok. 50 proc. wszystkich dalszych zakażeń), zakazi więcej kolejnych osób, niż gdyby był nosicielem innych wariantów SARS-CoV-2.

Co to dla nas znaczy? Po pierwsze, może się okazać, że przestrzenie otwarte, zwłaszcza w niskich temperaturach, które dobrze „konserwują” cząsteczki wirusa, przestały być bezpieczne. Będziemy się zatem zakażać nie tylko w pomieszczeniach zamkniętych, ale i na wolnym powietrzu.

Zakażenia nawet na mrozie, przy dystansie

Po prostu przy masowym nosicielstwie liczba cząstek nowego wariantu wirusa w powietrzu może osiągnąć gęstości zdolne zakazić ludzi znajdujących się nawet w znacznej odległości od zakażającego.

Po drugie – zwiększona liczba zakażeń to zwiększona liczba zachorowań, a zatem zwiększona liczba zachorowań w niższych grupach wiekowych. To zapchane już i pękające w szwach szpitale i chorzy umierający w domach. Oraz więcej objawowo chorej młodzieży i dzieci.

Nie jest nadal w pełni jasne, czy nowy wariant przełamuje „granicę wieku mniej niż 20”, czy siłą rzeczy działa magia wielkich liczb.

Po trzecie wreszcie, jedna z mutacji w genie kodującym białko spike występuje dokładnie w miejscu niezmiernie istotnym dla skuteczności testu RT-PCR dla tego genu. To powoduje, że test na obecność tego genu daje wynik negatywny, choć gen w istocie tam jest, ale zmieniony co do sekwencji.

Tymczasem w tym samym teście dostajemy pozytywny wynik na obecność innych wirusowych genów, co stało się niejako markerem, że mamy do czynienia właśnie z SARS-CoV-2 (VOC) 202012/01.

Reakcja multipleks

O co chodzi? Na ogół testy wykrywające obecność koronawirusa w materiale biologicznym są oparte o tzw. reakcję multipleks , gdzie jednocześnie wykrywa się obecność kilku różnych fragmentów RNA specyficznych dla wirusa SARS-CoV-2.

Poza genem S (kodującym spike, czyli białkiem zewnętrznego „kolca” wiążącego się z receptorem ACE2 na naszych komórkach) są tam geny białka E z otoczki wirusa, białka N z nukleokapsydu (wewnętrznej osłonki białkowej) i genu RdRP kodującego enzym polimerazy wirusa, namnażającej jego własny RNA.

Kombinacje genów użytych w teście zależą od testu, gen S nie jest zawsze jego składnikiem. Gdy jednak jest, to w wypadku SARS-CoV-2 (VOC) 202012/01 ten wynik może być fałszywie negatywny. To stanowić może sporą trudność diagnostyczną, jeśli interpretacja wyników odbywa się wyłącznie automatycznie.

Jak podkreśla szef brytyjskiej grupy badawczej, która opisała właśnie ten wariant wirusa, prof. Neil Ferguson: „Ta większa zdolność przenoszenia utrudni kontrolę epidemii i dodatkowo uwydatnia pilną potrzebę jak najszybszego prowadzenia szczepień”.

Szczepionka oparta o RNA jest bezpieczna. Dlaczego? Białka spike wirusa i ludzkie ACE są tak mocno „ocukrowane” (mają przyłączone wiele cząsteczek cukrów prostych), że interakcja miedzy nimi opiera się zasadniczo o te cukry.

Część pracy robią nasze komórki

Szczepionka RNA wnikając do naszych komórek i sprawiając, że powstaje w nich białko spike, co do zasady powoduje, że jest ono prawidłowo „ocukrzone” – bo robią to same nasze komórki, gdy RNA szczepionki do nich wniknie.

Oczywiście nieco inna sekwencja białka może spowodować nieco zmienioną glikozylację, ale badania wskazują, że przeciwciała powstające po szczepieniu szczepionką RNA, np. uniemożliwiające wiązanie spike z ACE2, będą nadal ochronne wobec nowego wariantu wirusa.

Faktem jest też, że gdyby w wyniku mutacji powstał wariant, który nie jest już „kryty” przez istniejącą szczepionkę, zmiana sekwencji RNA genu spike na tę nową jest szybką i nieskomplikowaną manipulacją, zatem nowy wariant szczepionki powstaje w ciągu kilku dni, może tygodni, jeśli dodać badania toksyczności, a nie miesięcy, jak we wszelkich innych wariantach potencjalnych szczepionek przeciw  COVID-19.