Το τελευταίο έτος εμφανίστηκαν 3 νέα, μεταλλαγμένα στελέχη του SARS-CoV-2 στη Μεγάλη Βρετανία, τη Νότια Αφρική και τη Βραζιλία, ενώ πριν από λίγες εβδομάδες ανιχνεύθηκαν δύο ακόμα στελέχη, ένα από τις ΗΠΑ και ένα από την Ινδία. Η εμφάνιση των παραπάνω στελεχών δημιουργεί αρκετά ερωτήματα σχετικά με την πορεία της πανδημίας. Θα έχουμε συνέχεια νέα στελέχη που θα συνεχίσουν να εξαπλώνονται παγκοσμίως και να προκαλούν επιδημίες ή ο ιός έχει εξαντλήσει την εξελικτική του ικανότητα και θα κατασταλάξει σε μία πιο ήπια, ενδημική μορφή;
Οι προβλέψεις σχετικά με την εξελικτική πορεία του ιού και συγκεκριμένα τις αλλαγές στη λοιμογόνο δράση του χαρακτηρίζονται πάντοτε από αβεβαιότητα. Η τυχαιότητα των μεταλλάξεων του RNA, η χαοτική φύση της μετάδοσης του ιού καθώς και οι περιορισμένες γνώσεις μας για τους μηχανισμούς της φυσικής επιλογής αποτελούν πρόκληση ακόμα και για τους πλέον ειδικούς επιστήμονες. Ωστόσο, η εμπειρία μας από την εξελικτική πορεία άλλων παθογόνων σε συνδυασμό με τα δεδομένα που έχουμε αυτή τη στιγμή για τον SARS-CoV-2 μπορεί να δώσει κάποιες απαντήσεις.
Ο SARS-CoV-2, ο ιός που ευθύνεται δηλαδή για την πανδημία της COVID-19, όταν μεταπήδησε στον άνθρωπο από ένα (ακόμα άγνωστο) είδος ζώου, βρέθηκε σε ένα νέο εξελικτικό χώρο γεμάτο εμπόδια, απειλές, αδιέξοδα και (συχνά) ευκαιρίες. Ο χώρος αυτός είναι πολυδιάστατος και προσφέρει στον ιό αρκετό χώρο προσαρμογής.
Σκεπτόμενοι απλοϊκά, ας εξετάσουμε το ανώτατο όριο της ποικιλομορφίας στο γονιδίωμα του ιού, δηλαδή τον μέγιστο αριθμό των μεταλλάξεων που μπορεί να παρουσιάσει. Έστω ότι το γονιδίωμα του SARS-CoV-2 έχει μήκος 30.000 θέσεις και κάθε θέση καταλαμβάνεται από μια βάση (αδενίνη, κυτοσίνη, γουανίνη ή ουρακίλη). Αυτό σημαίνει ότι υπάρχουν πάνω από πιθανοί συνδυασμοί των παραπάνω βάσεων.
Ωστόσο, ο παραπάνω μαθηματικός υπολογισμός δεν λαμβάνει υπόψη τους βιολογικούς παράγοντες, επομένως πρακτικά δεν μας προσφέρει κάποια σημαντική πληροφορία. Η συντριπτική πλειοψηφία των παραπάνω συνδυασμών δεν μπορεί να δημιουργήσει ένα λειτουργικό παθογόνο με την ικανότητα να μολύνει κύτταρα και να πολλαπλασιάζεται. Η βασική αυτή απαίτηση, δηλαδή η διατήρηση των μηχανισμών του ιού σε λειτουργική κατάσταση, περιορίζει σημαντικά την ικανότητά του να μεταλλάσσεται σε νέα μολυσματικά στελέχη.
Επιπλέον, οι περισσότεροι επιστήμονες που ασχολήθηκαν με την εξελικτική πορεία του SARS-CoV-2 είναι γενικά αισιόδοξοι. Η αισιοδοξία τους βασίζεται κυρίως στο γεγονός ότι η συντριπτική πλειοψηφία των μεταλλάξεων δεν μπορεί να οδηγήσει σε ένα λειτουργικό ιό. Αυτό σημαίνει ότι, αν και θεωρητικά ο ιός έχει ένα τεράστιο εξελικτικό χώρο που μπορεί να εξερευνήσει, πρακτικά το μεγαλύτερο μέρος του δεν μπορεί να επηρεάσει τη συμπεριφορά του ιού.
Προφανώς, αν και η πλειοψηφία των μεταλλάξεων δεν έχει καμία επίδραση ή επηρεάζει αρνητικά τη μολυσματικότητα του ιού, υπάρχουν και ορισμένες μεταλλάξεις που μπορεί να δημιουργήσουν νέα, πιο επικίνδυνα στελέχη.
Πόσο Γρήγορα Μεταλλάσσεται ο SARS-CoV-2;
Η πλήρης ανάλυση του γονιδιώματος του ιού μάς έχει επιτρέψει να παρατηρήσουμε την εξελικτική πορεία του ιού με μεγάλη λεπτομέρεια. Όπως έχουμε διαπιστώσει, το γονιδίωμα του SARS-CoV-2 παρουσιάζει 1-2 μεταλλάξεις το μήνα, κατά μέσο όρο. Λαμβάνοντας υπόψη το μήκος του γονιδιώματος, μπορούμε να πούμε ότι ο ιός μεταλλάσσεται 4 φορές πιο αργά σε σχέση με τον ιό της γρίπης. Αυτό είναι ιδιαίτερα θετικό καθώς ένα πιο σταθερό γονιδίωμα μειώνει την πιθανότητα ανθεκτικότητας στα εμβόλια.
Η εμφάνιση του στελέχους της Μεγάλης Βρετανίας (Β117) προκάλεσε έκπληξη στην επιστημονική κοινότητα. Όπως διαπιστώθηκε, το στέλεχος αυτό φέρει 23 νέες μεταλλάξεις οι οποίες εμφανίστηκαν σχεδόν ταυτόχρονα. Οι περισσότερες από αυτές δεν προσφέρουν κάποιο εξελικτικό πλεονέκτημα στον ιό, ωστόσο ορισμένες αυξάνουν τη μολυσματικότητα του συγκεκριμένου στελέχους.
Γιατί και πώς συνέβη το παραπάνω φαινόμενο; Γνωρίζουμε ότι ο ιός μεταλλάσσεται κατά τον πολλαπλασιασμό του σε έναν ξενιστή. Οι μεταλλάξεις που εμφανίζει επηρεάζουν συχνά την αλληλεπίδραση του ιού με τα ανθρώπινα κύτταρα, στα οποία περιλαμβάνονται και αυτά του ανοσοποιητικού συστήματος. Το στέλεχος της Μεγάλης Βρετανίας φαίνεται ότι προέρχεται από έναν ανοσοκατεσταλμένο ασθενή, στον οποίο ο ιός παρέμεινε για παρατεταμένη διάρκεια. Καθώς ο ασθενής πιθανώς έλαβε για αρκετές εβδομάδες θεραπεία με πλάσμα (το οποίο περιέχει αντισώματα), η εξελικτική πίεση οδήγησε στην εμφάνιση του συγκεκριμένου στελέχους.
Παρόμοιοι μηχανισμοί έχουν παρατηρηθεί και στην εμφάνιση άλλων μεταλλάξεων. Ένα νέο στέλεχος «αυξημένου ενδιαφέροντος» το οποίο φέρει 34 διαφορετικές μεταλλάξεις εμφανίστηκε πριν λίγες ημέρες στην Τανζανία. Έχουν παρατηρηθεί επίσης περιστατικά ανασυνδυασμού, περιπτώσεων δηλαδή όπου γονιδιώματα από διαφορετικά στελέχη του SARS-CoV-2 συνδυάζονται σχηματίζοντας ένα υβριδικό στέλεχος. Αν και τα περιστατικά αυτά είναι σχετικά σπάνια, η σημασία τους στην εξελικτική πορεία του ιού δεν θα πρέπει να υποτιμάται.
Λίγες Σημαντικές Μεταλλάξεις
Ο προκλητικός παράγοντας που οδήγησε στην εμφάνιση του στελέχους της Μεγάλης Βρετανίας (Β117) ήταν πιθανώς η εξελικτική πίεση από τη θεραπεία με πλάσμα. Η πιο προφανής συνέπεια της παραπάνω θεραπείας ήταν η ενίσχυση της ικανότητας του παθογόνου να μεταδίδεται. Αυτό μας δείχνει ότι η ίδια μετάλλαξη μπορεί να προσφέρει στον ιό πολλαπλά οφέλη, ένα φαινόμενο γνωστό ως πλειοτροπία.
Αν και δεν έχουμε κατανοήσει πλήρως τους βιολογικούς μηχανισμούς που συμβαίνουν, είναι σχετικά εύκολο να προσδιορίσουμε τα υποψήφια σημεία για την εμφάνιση μεταλλάξεων, καθώς ήδη έχουν εμφανιστεί σε αυτές διάφορες μεταλλάξεις από την αρχή της πανδημίας. Αν και η ίδια η μετάλλαξη είναι μία «τυφλή» διαδικασία, η φυσική επιλογή τείνει να επιλέγει συνέχεια τα ίδια σημεία μετάλλαξης.
Όλα τα νέα στελέχη του SARS-CoV-2 που κυκλοφορούν σήμερα φέρουν διαφορετικούς συνδυασμούς των παραπάνω μεταλλάξεων. Σχεδόν όλες οι παραπάνω επηρεάζουν την πρωτεΐνη ακίδα, το τμήμα δηλαδή του ιού που προσδένεται στα ανθρώπινα κύτταρα.
Φαίνεται άρα ότι το σύνολο των σημείων στο γονιδίωμα του ιού που μπορούν να παρουσιάσουν μεταλλάξεις είναι περιορισμένο. Ωστόσο, η συμπεριφορά του ιού δεν καθορίζεται από μία συγκεκριμένη μετάλλαξη αλλά από την αλληλεπίδραση αρκετών μεταλλάξεων. Το γεγονός αυτό διευρύνει επικίνδυνα το φάσμα των πιθανών στελεχών.
Αν αναλογιστούμε ότι ένα σπάνιο γεγονός μπορεί να επηρεάσει την πορεία της πανδημίας είναι ευκολότερο να κατανοήσουμε τους κινδύνους από την ανεξέλεγκτη εξάπλωση της τελευταίας. Ακριβώς όπως η πιθανότητά μας να κερδίσουμε αυξάνεται με κάθε επιπλέον λαχείο που αγοράζουμε, έτσι και η πιθανότητα να εμφανιστούν νέες μεταλλάξεις αυξάνεται καθώς ο ιός εξαπλώνεται σε περισσότερους ξενιστές.
Καθώς η πανδημία δεν αναγνωρίζει σύνορα, καταλαβαίνουμε ότι είναι σημαντικό να καταβάλουμε κάθε προσπάθεια για να περιορίσουμε τον ιό σε παγκόσμιο επίπεδο.
Φωτογραφία: NIAID