Masowe badania genetyczne pokazują, że koronawirus mutuje pośród szybkiego rozprzestrzeniania się w USA

Naukowcy w Houston opublikowali w środę badanie ponad 5000 sekwencji genetycznych koronawirusa, które ujawnia ciągłe gromadzenie się mutacji wirusa, z których jedna mogła uczynić go bardziej zaraźliwym.

Naukowcy odkryli, że mutacja jest związana z wyższym poziomem wiremii wśród pacjentów w momencie wstępnej diagnozy.

Badanie, które nie było recenzowane, zostało opublikowane w środę na serwerze preprint MedRxiv. Wydaje się, że jest to największa pojedyncza agregacja sekwencji genetycznych wirusa w Stanach Zjednoczonych. Większa partia sekwencji została opublikowana w tym miesiącu przez naukowców z Wielkiej Brytanii i, podobnie jak w badaniu z Houston, doszli do wniosku, że mutacja zmieniająca strukturę „białka wypustek” na powierzchni wirusa może prowadzić do nadmiernego rozprzestrzeniania się wirusa ten szczep.

W nowym raporcie nie stwierdzono, że mutacje te spowodowały, że wirus był bardziej śmiertelny. Naukowcy twierdzą, że wszystkie wirusy gromadzą mutacje genetyczne, a większość z nich jest nieistotna. Koronawirusy, takie jak SARS-CoV-2, który powoduje chorobę COVID-19, są stosunkowo stabilne w miarę rozwoju wirusów, ponieważ mają mechanizm korekty podczas replikacji.

Ale każda mutacja to rzut kośćmi, a transmisja jest tak rozpowszechniona w Stanach Zjednoczonych – gdzie codziennie obserwuje się dziesiątki tysięcy nowych, potwierdzonych infekcji – wirus miał wiele możliwości zmiany, potencjalnie z kłopotliwymi konsekwencjami. autor James Musser z Houston Methodist Hospital.

„Daliśmy temu wirusowi wiele szans” – powiedział Musser dla The Washington Post. „Obecnie istnieje ogromna populacja”.

W badaniu wzięli również udział naukowcy z Weill Cornell Medicine, University of Chicago, Argonne National Laboratory i University of Texas w Austin.

David Morens, wirusolog z National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID), dokonał przeglądu nowego badania i powiedział, że odkrycia wskazują na prawdopodobieństwo, że wirus, gdy przemieszczał się przez populację, stał się bardziej zdolny do przenoszenia i że to „Może mieć wpływ na naszą zdolność do kontrolowania go”.

Morens zauważył, że jest to pojedynczy artykuł i że „nie chcesz nadinterpretować, co to oznacza”. Ale wirus, powiedział, może potencjalnie reagować – poprzez przypadkowe mutacje – na takie interwencje, jak noszenie masek i dystans społeczny, powiedział Morens w środę.

„Noszenie masek, mycie rąk, wszystkie te rzeczy są barierami dla możliwości przenoszenia lub zarażenia, ale gdy wirus staje się bardziej zaraźliwy, statystycznie rzecz biorąc, lepiej omija te bariery” – powiedział Morens, starszy doradca Anthony’ego Fauci, dyrektora NIAID.

Ma to wpływ na tworzenie szczepionek, powiedział. Gdy ludzie uzyskują odporność poprzez infekcje lub szczepionkę, wirus może znajdować się pod selektywną presją, aby uniknąć ludzkiej odpowiedzi immunologicznej.

„Chociaż jeszcze nie wiemy, istnieje duże prawdopodobieństwo, że ten koronawirus, kiedy nasza odporność na poziomie populacji osiągnie wystarczająco wysoki poziom, ten koronawirus znajdzie sposób na obejście naszej odporności” – powiedział Morens. „Gdyby tak się stało, bylibyśmy w takiej samej sytuacji, jak w przypadku grypy. Będziemy musieli ścigać wirusa, a ponieważ on mutuje, będziemy musieli majstrować przy naszej szczepionce ”.

W Houston Methodist, którego główny szpital jest częścią Texas Medical Center w centrum Houston i który obejmuje szpitale w okolicy, naukowcy sekwencjonują 30 000-znakowy genom koronawirusa od początku marca, kiedy wirus pojawił się po raz pierwszy obszar metropolitalny zamieszkały przez 7 milionów ludzi. Dokument dokumentuje 5085 sekwencji.

Badania pokazują, że wirus przemieszczał się przez dzielnice Houston w dwóch falach, najpierw uderzając w zamożniejsze i starsze osoby, ale następnie rozprzestrzenił się, w drugiej fali, na młodsze osoby i dzielnice o niższych dochodach – dotykając wielu latynoskich mieszkańców.

W tym samym czasie, gdy wirus rozprzestrzeniał kod pocztowy za pomocą kodu pocztowego, kompilował mutacje, z których wiele miało wpływ na białko szczytowe. Ta struktura na powierzchni wirusa, która przypomina drzewo ozdobione zawiniętymi wstążkami, umożliwia wirusowi wnikanie do komórek.

Dane genetyczne pokazują, że wirus przybywał do Houston wiele razy, przypuszczalnie początkowo podróżował samolotem. Warto zauważyć, że 71% wirusów, które pojawiły się początkowo, charakteryzowało się słynną obecnie mutacją, która wydaje się pochodzić z Chin, co do której naukowcy coraz częściej podejrzewają, że może dać wirusowi biologiczną przewagę w sposobie rozprzestrzeniania się. Nazywa się D614G, odnosząc się do zastąpienia aminokwasu zwanego kwasem asparaginowym (D) jednym zwanym glicyną (G) w regionie genomu, który koduje białko wypustki.

Podczas drugiej fali epidemii w Houston badanie wykazało, że występowanie tego wariantu wzrosło do 99,9% – kończąc dominację epidemii. Naukowcy odkryli, że osoby zakażone tym szczepem miały większe ilości wirusa w górnych drogach oddechowych, co jest potencjalnym czynnikiem umożliwiającym skuteczniejsze rozprzestrzenianie się szczepu.

Kristian Andersen, immunolog z Scripps Research Institute w Kalifornii, który nie brał udziału w nowych badaniach, bagatelizował znaczenie nowych badań. Powiedział, że „po prostu potwierdza to, co już zostało opisane – częstotliwość G wzrastała w czasie”. Jeśli chodzi o liczne inne mutacje, które odkryto w badaniu, „po prostu je katalogują, ale nie wiemy, czy któraś z nich ma jakiekolwiek znaczenie funkcjonalne”.

Musser powiedział, że D614G coraz bardziej dominuje w Houston i innych obszarach, ponieważ jest lepiej przystosowany do rozprzestrzeniania się wśród ludzi. Przyznał, że sprawa naukowa nie jest zamknięta w tej sprawie.

„To nie jest proces o morderstwo” – powiedział Musser. „Nie szukamy ponad wszelką wątpliwość. To jest proces cywilny i najwyraźniej przewaga dowodów, jak sądzę, zmusza nas wszystkich do tego samego wniosku, tj. Jest coś biologicznie innego w tym szczepie, tej rodzinie szczepów ”.

Niedawno jeszcze większe badanie rozprzestrzeniania się koronawirusa w Wielkiej Brytanii, oparte na około 25 000 genomów, również znalazło dowody na to, że ten wariant wirusa wyprzedza jego konkurentów „w sposób zgodny z selektywną przewagą”.

Ogólnie naukowcy spodziewaliby się, że dobór naturalny faworyzuje mutacje, które pomagają wirusowi rozprzestrzeniać się skuteczniej – ponieważ pozwala mu to na tworzenie większej liczby kopii samego siebie – ale niekoniecznie tych, które czynią go bardziej zjadliwym. Zabicie lub obezwładnienie gospodarza generalnie nie pomogłoby wirusowi rozprzestrzenić się na więcej osób.

Badanie wykazało 285 oddzielnych miejsc mutacji, które faktycznie zmieniają fizyczny blok budulcowy białka kolca, które jest najważniejszą częścią koronawirusa w tym sensie, że pozwala mu infekować i szkodzić ludziom. Czterdzieści dziewięć zmian w tych miejscach nie było wcześniej widocznych w innych genomach sekwencjonowanych na całym świecie.

W badaniu niektóre mutacje w białkach kolców są określane jako „niepokojące”. Chociaż artykuł nie przedstawia mocnego dowodu na to, że ma miejsce jakakolwiek dodatkowa ewolucja białka kolca, sugeruje, że te powtarzające się podstawienia dają wskazówkę, że gdy wirus oddziałuje z naszym ciałem i naszym układem odpornościowym, może uczyć się nowych sztuczek, które pomagają odpowiada swojemu gospodarzowi.

„Myślę, że istnieją całkiem niezłe dowody na to, że selekcja immunologiczna działa na określone regiony białka wypustek” – powiedział Musser.

Rzeczywiste mutacje wirusa występują losowo, ponieważ popełnia błędy podczas kopiowania swojego genomu w naszych komórkach. Ale każdy nowy przypadek daje szansę na wystąpienie większej liczby mutacji, co zwiększa szansę, że jedna z tych mutacji będzie przydatna dla wirusa, tak jak najwyraźniej już był D614G.

Sara Kaplan i Aaron Steckelberg z Washington Post przyczynili się do powstania tego raportu.

Otrzymuj alerty e-mail z Boston.com:

Zarejestruj się i otrzymuj wiadomości na temat koronawirusa oraz najświeższe aktualizacje z naszego newsroomu do swojej skrzynki odbiorczej.