Kā rodas mutācijas, vai ir vērts gaidīt jaunu koronavīrusa celmu?

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Pagājušā gada oktobrī kaut kur Indijā ar COVID-19 saslima cilvēks, kuram, iespējams, ir novājināta imunitāte. Viņa gadījums, iespējams, bija viegls, taču, tā kā viņa ķermenis nespēja atbrīvoties no koronavīrusa, viņš uzkavējās un vairojās. Vīrusam replikējoties un pārvietojoties no vienas šūnas uz otru, ģenētiskā materiāla gabali paši sevi kopēja nepareizi. Ar šo modificēto vīrusu viņš inficēja apkārtējos.

Tā, pēc zinātnieku domām, radās koronavīrusa Delta celms, kas nodara postu visā pasaulē un katru dienu prasa milzīgu skaitu dzīvību. COVID-19 pandēmijas laikā jau ir identificēti tūkstošiem šī vīrusa variantu, no kuriem četri tiek uzskatīti par "bažām" - Alfa, Beta, Gamma un Delta.

Visbīstamākā no tām ir Delta, saskaņā ar dažiem ziņojumiem tā ir par aptuveni 97% infekciozāka nekā sākotnējais koronavīruss, kas parādījās 2019. gadā Uhaņā. Bet vai var būt vēl bīstamāki celmi nekā Delta? Izpratne par to, kā notiek mutācijas, palīdzēs atbildēt uz šo jautājumu.

Koronavīrusi ir jutīgāki pret mutācijām nekā citi vīrusi

Šāds notikumu pavērsiens kā Indijā mikrobiologiem nebija pārsteigums. Protams, viņi nevarēja paredzēt, kur un kad parādīsies vēl nāvējošāks vīruss, un vai tas vispār notiks, taču bīstamas mutācijas iespēja tika pilnībā pieļauta. Pēc Mičiganas Universitātes Mikrobioloģijas un imunoloģijas katedras vadītājas Betānijas Mūras teiktā, katru reizi, kad vīruss nonāk šūnā, tas atkārto savu genomu, lai izplatītos uz citām šūnām.

Turklāt koronavīrusi kopē savus genomus neuzmanīgāk nekā cilvēki, dzīvnieki vai pat daži citi patogēni. Tas ir, kopējot savus ģenētiskos kodus, viņi bieži pieļauj kļūdas, kas izraisa mutācijas. Lai gan ir vīrusi, kas mutē pat biežāk nekā koronavīruss, piemēram, gripa. Tas ir tāpēc, ka koronavīrusu RNS satur korektūras enzīmu, kas ir atbildīgs par kopiju dubultu pārbaudi. Tāpēc visbiežāk kādā formā tas nokļūst cilvēkā, tādā veidā tas nāk no viņa.

Taču, kā saka epidemiologi, lai nodarītu pasaulei neatgriezenisku kaitējumu, daudzas nepareizi nokopētas kopijas nav vajadzīgas. Vīrusi, kas tiek pārnesti ar gaisa pilienu palīdzību, piemēram, sarunas laikā, izplatās daudz ātrāk nekā tie, kas tiek pārnesti seksuāli, ar asinīm vai pat taustes ceļā. Turklāt šādiem vīrusiem ir vēl viens apdraudējums – inficēts cilvēks to var pārnēsāt un pat tā mutācijas versiju, pat pirms viņš uzzina par savu infekciju.

Atsevišķas koronavīrusa mutācijas ir mazāk bīstamas nekā konverģenta evolūcija

Lielākā daļa mutāciju vai nu nogalina vīrusu pašas no sevis, vai arī iet bojā izplatības trūkuma dēļ, tas ir, nesējs to nodod nelielam skaitam cilvēku, kuri izolē un neļauj vīrusam izplatīties tālāk. Bet, izveidojoties lielam skaitam mutāciju, dažām no tām nejauši izdodas "aizbēgt" no ierobežota pārnēsātāju loka, piemēram, ja inficētais apmeklē cilvēku pārpildītu vietu vai pasākumu ar lielu dalībnieku skaitu.

Tomēr, kā norāda mikrobioloģijas un molekulārās ģenētikas profesors Vons Kūpers, zinātnieki visvairāk baidās pat nevis no kāda viena vīrusa mutācijas, bet gan no līdzīgām izmaiņām, kas notiek daudzos neatkarīgos variantos. Šādas izmaiņas vienmēr padara vīrusu pilnīgāku evolūcijas ziņā. Šo parādību sauc par konverģentu evolūciju.

Piemēram, visos iepriekš minētajos celmos mutācija notika vienā smaile proteīna daļā (smailes proteīns). Šie izvirzījumi palīdz vīrusam inficēt cilvēka šūnas. Tātad D614G mutācijas rezultātā viena veida aminoskābe (saukta par asparagīnskābi) tika aizstāta ar glicīnu, kas padarīja vīrusu infekciozāku.

Vēl viena izplatīta mutācija, kas pazīstama kā L452R, pārvērš aminoskābi leicīnu par arginīnu, atkal smailes proteīnā. Ņemot vērā, ka L452 mutācija ir novērota vairāk nekā desmitos atsevišķos klonos, var secināt, ka tā sniedz nozīmīgu priekšrocību koronavīrusam. Šo pieņēmumu nesen apstiprināja pētnieki pēc simtiem vīrusa paraugu sekvencēšanas. Turklāt, kā norāda zinātnieki, L452R palīdz vīrusam inficēt cilvēkus ar zināmu imunitāti pret koronavīrusu.

Tā kā smaile proteīns ir bijis ļoti svarīgs vakcīnu un ārstēšanas metožu izstrādē, zinātnieki ir veikuši vislielāko pētījumu apjomu, lai pētītu tajā esošās mutācijas. Tomēr daži zinātnieki uzskata, ka ar mutāciju izpēti smailes proteīnā vien nepietiek, lai izprastu vīrusu. Īpaši šim viedoklim piekrīt Nešs Ročmans, evolūcijas virusoloģijas eksperts.

Rohmans ir līdzautors nesenam rakstam, kurā teikts, ka, lai gan smaiļu proteīns ir svarīgs vīrusa elements, tajā ir arī cita, tikpat svarīga daļa, ko sauc par nukleokapsīda proteīnu. Tas ir pārklājums, kas ieskauj vīrusa RNS genomu. Pēc zinātnieka domām, šīs divas jomas var strādāt kopā. Tas nozīmē, ka variants ar mutāciju smailes proteīnā bez izmaiņām nukleokapsīda proteīnā var uzvesties pavisam savādāk nekā cita varianta, kuram ir mutācijas abos proteīnos.

Mutāciju grupu, kas darbojas saskaņoti, sauc par epistāzi. Rohmana un kolēģu simulācijas liecina, ka neliela mutāciju grupa dažādos punktos var palīdzēt vīrusam izbēgt no antivielām un tādējādi padarīt vakcīnas mazāk efektīvas.

Bīstamas koronavīrusa mutācijas draudi saglabāsies līdz pandēmijas beigām

Zinātniekus lielākās bažas rada fakts, ka parādās mutācijas, kas ir izturīgas pret vakcināciju. Visas vakcīnas šobrīd parāda savu efektivitāti. Tomēr jaunākais Mu variants jau ir izrādījies daudz izturīgāks pret tiem nekā visi iepriekšējie celmi, tostarp Delta variants.

Ņemot vērā, ka neliela daļa pasaules iedzīvotāju joprojām ir vakcinēti, vīrusam nav īpašas vajadzības pēc mutācijas, kas spēj pilnībā pārspēt imūnsistēmu. Eksperti uzskata, ka vīrusam ir vieglāk atrast jaunus un labākus veidus, kā inficēt miljardus cilvēku, kuriem vēl nav imunitātes.

Tomēr neviens nezina, kādas mutācijas sagaida un cik lielu kaitējumu tās var nodarīt. Ņemot vērā ilgo inkubācijas periodu, vīruss ar bīstamu mutāciju var izdzīvot un izplatīties ap planētu, pat ja tā izcelsme ir mazapdzīvotā vietā.

Izprotot jautājumu par mutācijām, ir svarīgi saprast vienu lietu – tās rodas, ja notiek vīrusa replikācija. Mutācijas, kas šogad parādās dažādās valstīs, ir iemesls, kāpēc pandēmija vēl nav kontrolēta. Tas ir, jo niknāka ir pandēmija, jo vairāk rodas mutācijas, kas savukārt veicina vēl lielāku vīrusa izplatību. Tāpēc labākais veids, kā novērst turpmāku, bīstamāku celmu rašanos, ir replikāciju skaita ierobežošana. Šobrīd tajā palīdz vakcinācija, kā arī profilaktisko pasākumu ievērošana.