În timp ce asistentele și medicii se luptă cu un val record de cazuri Omicron, biologii evoluționari sunt angajați într-o luptă proprie: să descopere cum a apărut această variantă care domina lumea.
Când varianta Omicron a apărut în sudul Africii în noiembrie, oamenii de știință au fost surprinși de structura sa genetică. În timp ce variantele anterioare diferă de versiunea originală Wuhan a coronavirusului cu o duzină sau două mutații, Omicron a avut 53 - un salt șocant de mare în evoluția virală.
Într-un studiu postat online săptămâna trecută, o echipă internațională de oameni de știință a adâncit și mai mult misterul. Ei au descoperit că 13 dintre aceste mutații au fost rareori găsite în alte coronavirusuri, sugerând că ar fi trebuit să fie dăunătoare pentru Omicron.
În schimb, atunci când acționează împreună, aceste mutații par a fi cheia unora dintre cele mai esențiale funcții ale Omicron.
Acum, cercetătorii încearcă să descopere cum Omicron a sfidat regulile normale ale evoluției și a folosit aceste mutații pentru a deveni un vector de boală atât de prosper.
„Există un mister aici pe care cineva trebuie să-l rezolve”, a spus Darren Martin, virolog la Universitatea din Cape Town, care a lucrat la noul studiu.
Mutațiile sunt o parte obișnuită a existenței unui coronavirus. De fiecare dată când un virus se reproduce în interiorul unei celule, există o mică șansă ca celula să creeze o copie defectuoasă a genelor sale. Multe dintre aceste mutații ar face noi viruși defecți și incapabili să concureze cu alți viruși.
Dar o mutație poate îmbunătăți și un virus. Ar putea face ca virusul să se lipească mai strâns de celule, de exemplu, sau să-l facă să se replice mai repede. Virușii care moștenesc o mutație benefică pot depăși pe alții.
În cea mai mare parte a anului 2020, oamenii de știință au descoperit că diferite filiații ale coronavirusului din întreaga lume au preluat treptat o mână de mutații. Procesul evolutiv a fost lent și constant, până la sfârșitul anului.
Alpha și Delta
În decembrie 2020, cercetătorii britanici au fost zguduiți să descopere o nouă variantă în Anglia care poartă 23 de mutații care nu au fost găsite în coronavirusul original izolat în Wuhan cu un an înainte.
Varianta respectivă, numită mai târziu Alpha, a ajuns în curând să domine în întreaga lume. Pe parcursul anului 2021, au apărut și alte variante cu răspândire rapidă. În timp ce unele au rămas limitate la anumite țări sau continente, varianta Delta, cu 20 de mutații distincte, a eliminat Alpha și a devenit dominantă în timpul verii.
Și apoi a venit Omicron, cu de două ori mai multe mutații. De îndată ce Omicron a ieșit la lumină, dr. Martin și colegii săi s-au apucat să reconstruiască evoluția radicală a variantei comparând cele 53 de mutații ale acesteia cu cele ale altor coronavirusuri.
Unele mutații au fost împărtășite de Omicron, Delta și alte variante, ceea ce sugerează că au apărut de mai multe ori și că selecția naturală le-a favorizat din nou și din nou.
Dar oamenii de știință au descoperit un model foarte diferit atunci când s-au uitat la proteina care împletește suprafața lui Omicron și îi permite să se prindă de celule.
Gena spike a lui Omicron are 30 de mutații. Cercetătorii au descoperit că 13 dintre ei erau extraordinar de rare în alte coronavirusuri – chiar și verii lor virali îndepărtați găsiți la lilieci. Unele dintre cele 13 nu au mai fost văzute până acum în milioanele de genomuri de coronavirus pe care oamenii de știință le-au secvențiat pe parcursul pandemiei.
Dacă o mutație ar fi benefică pentru virus, sau chiar neutră, oamenii de știință s-ar aștepta să apară mai des în probe. Dar dacă este rar sau lipsește cu totul, acesta este de obicei un semn că este dăunător virusului, împiedicându-l să se înmulțească.
Când vezi acest model, îți spune ceva foarte tare și foarte clar”, a spus dr. Martin. „Orice lucru care susține o schimbare la acele site-uri va fi probabil defect și nu va supraviețui foarte mult timp și se va stinge.”
Omicron
Omicron nu se supune acestei reguli.„A luat avânt ca nimic din ce am mai văzut până acum”, a spus dr. Martin.
Ceea ce face ca aceste 13 mutații să fie cu atât mai interesante este că nu sunt presărate aleatoriu pe Omicron. Ele formează trei grupuri, fiecare modificând o mică parte a proteinei. Și fiecare dintre aceste trei zone joacă un rol important în ceea ce-l face unic pe Omicron.
Două dintre grupuri modifică vârful făcând mai greu ca anticorpii umani să se lipească de virus și să-l țină departe de celule. Drept urmare, Omicron poate infecta chiar și persoanele care au anticorpi de la vaccinări sau de la o infecție anterioară cu COVID.
Al treilea grup de mutații modifică vârful mai aproape de baza sa. Această regiune, cunoscută sub numele de domeniul de fuziune, trece în acțiune odată ce vârful s-a conectat la o celulă, permițând virusului să-și livreze genele în noua gazdă.
De obicei, coronavirusurile folosesc domeniul de fuziune pentru a fuziona cu membrana unei celule. Genele lor pot pluti apoi în adâncurile celulei.
Dar domeniul de fuziune al lui Omicron face de obicei ceva diferit. În loc să fuzioneze în membrana celulară, întregul virus este înghițit într-un fel de gaură de chiuvetă celulară, care se prinde pentru a forma o bule în interiorul celulei. Odată ce virusul este capturat în interiorul bulei, acesta se poate rupe și își poate elibera genele.
Această nouă cale către infecție poate explica de ce Omicron este mai puțin sever decât Delta. Celulele din căile aeriene superioare pot înghiți cu ușurință Omicron. Dar în adâncul plămânilor, unde COVID poate provoca daune care pun viața în pericol, coronavirusurile trebuie să fuzioneze cu celule, ceea ce Omicron nu face bine.
Aceste trei regiuni ale vârfului par să fi fost importante pentru succesul Omicron. Acest lucru face cu atât mai derutant faptul că aceste 13 mutații au fost atât de rare înainte de Omicron.
Succesul lui Omicron
Dr. Martin și colegii săi bănuiesc că motivul este „epistazis”: un fenomen evolutiv care poate face ca mutațiile să fie dăunătoare de la sine, dar benefice atunci când sunt combinate.
Este posibil ca Omicron să fi transformat un lot de 13 mutații rele în avantajul său, evoluând în condiții neobișnuite. O posibilitate este că a apărut după o perioadă susținută în interiorul corpului unei persoane cu un sistem imunitar deosebit de slab, cum ar fi un purtător de H.I.V. Persoanele cu infecții cronice cu COVID pot deveni laboratoare evolutive, găzduind multe generații de coronavirus.
Evoluția se poate desfășura foarte diferit într-o astfel de gazdă decât dacă ar trece de la o persoană sănătoasă la alta la fiecare câteva zile sau săptămâni, potrivit The New York Times.
„Acum este blocat în acest individ, așa că dintr-o dată face lucruri pe care în mod normal nu le-ar face”, a spus Sergei Pond, biolog evoluționist la Universitatea Temple și autor al noului studiu.
Deoarece o gazdă imunocompromisă nu produce o mulțime de anticorpi, mulți viruși sunt lăsați să se propage. Și noii viruși mutanți care rezistă anticorpilor se pot multiplica.
O mutație care permite unui virus să evite anticorpii nu este neapărat avantajoasă. Ar putea face ca proteina spike a virusului să fie instabilă, astfel încât să nu se poată prinde rapid de o celulă.
Mutații similare s-ar fi putut construi din nou și din nou la aceeași persoană, speculează Dr. Pond, până când Omicron a dezvoltat o proteină spike cu combinația potrivită de mutații pentru a-i permite să se răspândească extrem de bine printre oamenii sănătoși.
„Cu siguranță pare plauzibil”, a spus Sarah Otto, un biolog evoluționist la Universitatea din Columbia Britanică, care nu a fost implicată în studiu. Dar ea a spus că oamenii de știință mai trebuie să efectueze experimente pentru a exclude explicații alternative.
James Lloyd-Smith, ecologist al bolilor la U.C.L.A. care nu a fost implicat în studiu, a spus că cercetarea a dezvăluit cât de greu este să reconstruiești evoluția unui virus, chiar și unul care a apărut recent.
