Britų Kolumbijos universitete (Kanada) dirbančios evoliucinės biologijos ekspertės, profesorės Sarah Otto kasdieninis darbas – tirti genetinių mutacijų ir atrankos poveikį populiacijoms. Ir iki šiol mokslininkams dar niekada nėra tekę matyti tokios gausybės realaus laiko duomenų apie evoliuciją: per pastaruosius metus surašyta daugiau nei 380 tūkst. skirtingų SARS-CoV-2 genetinių sekų.
SARS-CoV-2 plitimo metu mutuoja. Šio viruso genome nuolat atsiranda mažyčių pokyčių. O pagal tuos pokyčius mokslininkai gali atsekti, kas su kuo susiję ir kur yra naujai ištirtos atmainos vieta SARS-CoV-2 giminės medyje.
Evoliucijos biologai, įskaitant S.Otto, ne kartą įspėjo visuomenę nepulti prie mutacijų keliamų grėsmių interpretavimo: didžioji mutacijų dauguma jokios naudos virusui neteikia, lygiai, kaip atsitiktinis spyris veikiančiam generatoriui nepadidintų to generatoriaus galios.
Bet kartais vis atsiranda tai viena, tai kita mutacija ar mutacijų rinkinys, kuris virusui suteikia evoliucinį pranašumą. Ir esama įtikinamų mokslinių duomenų, kad mutacijos, kurias įgijo iš pradžių Jungtinėje Karalystėje užfiksuota viruso atmaina B.1.1.7 virusui suteikia daugiau „stiprumo“.
Stiprumas ar atsitiktinumas?
Kai tik atsiranda ir plačiai išplinta naujas viruso variantas, mokslininkai nustato spartesnio plitimo priežastį. Virusas su konkrečia mutacija gali išplisti atsitiktinai, jeigu jis atitinka vieną iš šių sąlygų: a) yra išnešiojamas „superplatintojo“; b) patenka į naują vietą, kur nėra jam atsparių šeimininkų; c) patenka į naują populiacijos segmentą.
Dvi pastarosios priežastys yra pavadintos „įsikūrimo atvejais“: tam tikros mutacijos greitas plitimas gali nutikti tik dėl to, kad viruso variantas su ta mutacija patenka į naują populiacijos grupę ir pradeda greitai plisti. Tokiais atsitiktinumais galima paaiškinti kelių SARS-CoV-2 variantų išplitimą.
Tačiau B.1.1.7 – ne toks. Jis pasižymi labai stipriu selektyvumo signalu. Du pastaruosius mėnesius B.1.1.7 užfiksavimo dažnumas augo greičiau nei ne B.1.1.7 – tai buvo nustatyta beveik kiekvieną savaitę ir beveik kiekviename Anglijos regione. Ši informacija, paviešinta gruodžio 21 d., paskatino JK ministrą pirmininką Borisą Johnsoną paskelbti griežtą karantiną didžiojoje valstybės dalyje, paskelbta daug kelionių į JK ir priešinga kryptimi draudimų.
B.1.1.7 išplitimo neįmanoma paaiškinti „įsikūrimo atveju“ naujame regione: COVID-19 jau ir taip cirkuliavo Jungtinėje Karalystėje. Viruso išplitimas naujame populiacijos segmente (pvz., po kokios nors didelės konferencijos) taip pat nėra tikėtinas, nes tuo laikotarpiu jau galiojo plačios apimties ribojimai žmonių susirinkimams.
Evoliucinės biologijos ekspertai viruso genetinę raidą gali stebėti dėl to, kad visų pasaulio šalių mokslininkai itin intensyviai analizuoja duomenis realiu laiku ir jais dalijasi su visu pasauliu. Bet didelė dalis žinių apie B.1.1.7 buvo įgyta tiesiog per atsitiktinumą ir sėkmę. Viena iš viruso mutacijų pakeitė genomo, Jungtinėje Karalystėje naudojamo COVID-19 testams, dalį. O tai suteikė galimybę susidaryti evoliucinio plitimo vaizdą iš daugiau nei 275 000 atvejų.
Evoliucija prieš mūsų akis
Epidemiologai jau padarė išvadą, kad B.1.1.7 yra labiau užkrečiamas virusas, tačiau nėra ženklų, rodančių, kad jis yra labiau mirtinas. Kai kurie mokslininkai vertina, kad B.1.1.7 būdingas naujų atvejų, pasklidusių nuo vieno užkrėsto asmens, skaičius (dar vadinamas viruso reprodukcijos rodikliu Rt) skaičius yra 40-80 proc. didesnis. Kito preliminaraus tyrimo duomenys parodė, kad Rt yra didesnis 50-74 procentais.
40–80 proc. didesnio pranašumo ribos rodo, kad B.1.1.7 nėra šiaip „truputėlį stipresnis“. Jis yra labai smarkiai stipresnis. Bet net tada, kai evoliucinis pranašumas yra toks stiprus, evoliucija neįvyksta akimirksniu. Daugelio mokslininkų grupių modeliavimai rodo, kad staigiam B.1.1.7 plitimui pasiekti reikia kelių mėnesių, nes iš pradžių naująjį variantą platina tik labai nedidelė populiacijos dalis.
Daugelyje valstybių, įskaitant JAV ir Kanadą, kur naujų COVID-19 atvejų kiekis ir taip didžiulis, naujo viruso varianto, kuris yra 40–80 proc. labiau užkrečiamas, išplitimas gali būti katastrofiškas. Jis gali sukelti ir taip didelio atvejų kiekio eksponentinį augimą ir perkrauti jau dabar vos ant plauko besilaikančias medicinos sistemas. Bet tam, kad evoliucinis naujos atmainos plitimas įvyktų, reikia laiko. O tai suteikia kelias savaites laiko pasiruošti naujai bangai.
Daugiau variantų
Viena iš staigmenų, kurią pastebėjo mokslininkai – kad B.1.1.7 mutacijų kiekis yra stebėtinas: per pastaruosius metus šioje atmainoje prisikaupė 30–35 genetiniai pokyčiai. B.1.1.7 mutavimo greitis nėra didesnis, bet panašu, kad neseniai praeityje įvyko staigių mutacijų bumas.
Tikėtina, kad virusą nešiojo asmuo su pažeista imuninės sistemos veikla. Tokie žmonės su virusu kovoja ilgą laiką, jų infekcija trunka ilgiau, viruso dauginimasis jų organizme vyksta atsikartojančiai, o imuninis atsakas į virusą būna tik dalinis ir į jį virusas sureaguoja savo mutacijomis.
Preliminarios tyrimų ataskaitos, kurios dar nebuvo recenzuotos, aprašė ir kitus didelį susirūpinimą keliančius viruso variantus. Vienas kilo iš Pietų Afrikos (B.1.351), kitas – iš Brazilijos (P1). Abiem variantams būdinga nesena greitų mutacijų istorija ir greitas išplitimas vietinėje populiacijoje. Dabar mokslininkai renka duomenis, kurių reikia norint patvirtinti, kad už greitesnį jų plitimą atsakingas ne atsitiktinumas, o tikrai evoliucinis prisitaikymas plisti greičiau.
Kokie pokyčiai leidžia plisti greičiau?
Evoliucinė atranka šiuose naujuose virusų variantuose atlieka dvejopą vaidmenį. Pirma reikia įvertinti vaidmenį tuose asmenyse, kuriuose išsivystė didžioji mutacijų dalis. 23 iš B.1.1.7 mutacijų ir 21 iš P1 mutacijų ne šiaip atsitiktinai išsimėtę po viruso genomą – jos susikoncentravusios gene, kuris koduoja viruso spygliuko baltymą.
Viena šio spygliuko mutacijų N501Y nepriklausomai išsivystė visuose trijuose viruso variantuose, taip pat – sutrikusio imuniteto pacientuose, kuriems buvo atlikti tyrimai JAV ir JK. Kiti spygliuko pokyčiai (pvz., mutacijos E484K, del69-70) yra nustatytos dviejuose iš minėtų virusų variantų.
Be spygliuko mutacijų visiems trims susirūpinimą keliantiems viruso variantams būdinga dar viena bendra mutacija, kuri ištrina nedidelę dalį genetinės informacijos, koduojančios neišraiškingai pavadintą baltymą „non-structural protein 6“ (NSP6). Kol kas mokslininkams nėra žinoma, kuo reikšminga ši mutacija, tačiau SARS-CoV-2 giminingame viruse NSP6 apgauna ląstelinės apsaugos sistemą ir gali didinti užkrečiamumą virusu. Taip pat NSP6 paskatina ląstelines sistemas kopijuoti viruso genomą. Kaip bebūtų, ši mutacija gali pakeisti viruso gebėjimą įsitvirtinti ir pasidauginti mūsų ląstelėse.
Lengvesnė pernaša
Lygiagreti identiškų mutacijų evoliucija skirtingose valstybėse, skirtinguose pacientuose su nusilpusiu imunitetu rodo, kad tos mutacijos suteikia selekcinį pranašumą, leidžiantį išvengti apsauginių sistemų asmenyse, kuriuose tos mutacijos įvyko. N501Y atveju ši idėja buvo patvirtinta vykdant eksperimentus su pelėmis.
Bet kas lemia lengvesnę viruso pernašą iš vieno asmens kitam? Tai yra sudėtingas klausimas, nes daugelis mutacijų, kurios atsirado vienu metu, su virusu perduodamos kaip nedalomas rinkinys ir lengvesnę pernašą gali lemti bet kuri viena mutacija ar bet kuris tų mutacijų derinys.
Kita vertus, yra žinoma apie keletą mutacijų variantų, kurie išsivystė, tačiau nepaplito. Vienas tyrimas parodė, kad N501Y pati savaime suteikia tik labai mažą pranašumą viruso plitimui ir didesnę reikšmę įgyja tik kombinacijoje su mutacijų rinkiniu, koks stebimas B.1.1.7 variante.
COVID-19 evoliucijos istorija yra vis dar rašoma, bet viena svarbi žinia akivaizdi jau dabar: per kelis artimiausius mėnesius B.1.1.7 turimas 40–80 proc. pernašos pranašumas ir kitų viruso variantų, tokių, kaip B.1.351 ir P1, evoliuciniai privalumai reiškia, kad per kelis artimiausius mėnesius naujosios atmainos gali pradėti dominuoti daugelyje valstybių.
Lenktyniaujame prieš viruso evoliuciją. Dėl to vakcinavimo programas būtina vykdyti maksimaliu įmanomu greičiu ir naujų variantų plitimą kiek įmanoma mažinti ribojant keliones ir bendravimą tarp asmenų, o aplenkti viruso plitimą galima vykdant aktyvią stebėseną ir kontaktų atsekimą, rašo S.Otto.
