SARS-CoV-2: Ποια είναι η Πιθανότητα να Εμφανιστούν Νέα, Πιο Επικίνδυνα Στελέχη στο Μέλλον;

- Advertisement -

Η πανδημία της COVID-19 μάς έχει επιτρέψει να εξετάσουμε την εξέλιξη ενός παθογόνου σε πραγματικό χρόνο. Από το Δεκέμβριο του 2019 και το 1ο περιστατικό του SARS-CoV-2 μέχρι σήμερα έχουν ανιχνευθεί σχεδόν 2 εκατομμύρια αλληλουχίες του SARS-CoV-2. Το γεγονός αυτό μας βοηθά να διαπιστώσουμε όλες τις εξελικτικές αλλαγές που έχει υποστεί το παθογόνο.

Τι μάθαμε λοιπόν από όλα τα παραπάνω δεδομένα για τις μεταλλάξεις και τα νέα στελέχη; Οι μεταλλάξεις αποτελούν τον κύριο μηχανισμό μέσω του οποίου συμβαίνει η διαδικασία της φυσικής επιλογής. Ορισμένες μεταλλάξεις είναι ωφέλιμες για τους οργανισμούς και τα παθογόνα, επομένως μεταβιβάζονται στις επόμενες γενιές. Άλλες, είναι επιβλαβείς, επομένως τείνουν να εξαλειφθούν. Και οι θετικές και οι αρνητικές μεταλλάξεις εμφανίζονται μετά από κάποιο σφάλμα κατά την αντιγραφή του γονιδιώματος, δηλαδή από την αντικατάσταση μίας βάσης με κάποια άλλη ή την απαλοιφή της.

Το γονιδίωμα του SARS-CoV-2 αποτελείται από περίπου 30.000 αζωτούχες βάσεις. Ο ρυθμός των μεταλλάξεων εκφράζεται συνήθως ως η πιθανότητα να αντικατασταθεί (λανθασμένα) μία βάση κατά την αντιγραφή του γονιδιώματος. Σύμφωνα με πρόσφατα δεδομένα, η πιθανότητα αυτή είναι περίπου 3 στο 1 εκατομμύριο.

Λαμβάνοντας υπόψη την παραπάνω συχνότητα μπορούμε να υπολογίσουμε κατά προσέγγιση πόσες μεταλλάξεις εμφανίζονται κάθε φορά που μολύνεται ένας ασθενής με τον ιό. Πολλαπλασιάζοντας τις 30.000 βάσεις με την πιθανότητα 3 ανά 1.000.000, βλέπουμε ότι κάθε φορά που αντιγράφεται το γονιδίωμα του SARS-CoV-2 προκύπτουν 0.1 νέες μεταλλάξεις.

Η λοίμωξη διαρκεί περίπου 5-7 ημέρες, διάρκεια κατά την οποία ο ιός τυπικά ολοκληρώνει 3-7 «κύκλους πολλαπλασιασμού» (το σύνολο των βημάτων από την αρχική προσκόλληση στο κύτταρο-ξενιστή μέχρι την απελευθέρωση νέων σωματιδίων του ιού). 5 κύκλοι πολλαπλασιασμού έχουν ως αποτέλεσμα την εμφάνιση 0.5 μεταλλάξεων ή 1 νέα μετάλλαξη για κάθε 2 άτομα που μολύνονται με τον ιό.

Μία διαφορετική προσέγγιση είναι να χρησιμοποιήσουμε τα δεδομένα από τις αναλύσεις του γονιδιώματος για τον SARS-CoV-2. Καθώς κάθε δείγμα προέρχεται από διαφορετικό άτομο, τα δεδομένα αυτά μας επιτρέπουν να εκτιμήσουμε το ρυθμό μέσω του οποίου εμφανίζονται μεταλλάξεις στον παγκόσμιο πληθυσμό και όχι μεμονωμένα. Συγκρίνοντας τις διαθέσιμες αλληλουχίες του SARS-CoV-2 με αυτή ενός αρχικού δείγματος που είχε ληφθεί από τους πρώτους ασθενείς που νόσησαν από τον ιό, μπορούμε να υπολογίσουμε πόσες μεταλλάξεις εμφανίστηκαν. Με τον τρόπο αυτό μπορούμε να διαπιστώσουμε πόσο γρήγορα αυξάνεται ο αριθμός των μεταλλάξεων με το χρόνο.

Από τα παραπάνω δεδομένα φαίνεται ότι ο ιός παρουσιάζει περίπου 1 νέα μετάλλαξη κάθε 2 εβδομάδες.

Προκειμένου να κατανοήσουμε το ρυθμό των παραπάνω μεταλλάξεων, ας χρησιμοποιήσουμε ως μέτρο σύγκρισης το γονιδίωμα του ανθρώπου. Ο ρυθμός που παρουσιάζει μεταλλάξεις το τελευταίο είναι περίπου 0.05 μεταλλάξεις ανά 2 εβδομάδες. Εκ πρώτης όψεως δεν φαίνεται μεγαλύτερος ρυθμός σε σχέση με τον SARS-CoV-2 (20 φορές πιο αργός), ωστόσο αν αναλογιστούμε ότι το γονιδίωμα του ανθρώπου είναι 100.000 μεγαλύτερο σε μήκος, τότε καταλαβαίνουμε ότι ο ρυθμός μετάλλαξης του ιού ανά βάση είναι 2 εκατομμύρια φορές ταχύτερος σε σχέση με αυτό των ανθρωπίνων κυττάρων.

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι ο SARS-CoV-2 έχει παρουσιάσει περίπου τον ίδιο αριθμό μεταλλάξεων κατά τη διάρκεια της πανδημίας με αυτόν που παρουσίασε ο άνθρωπος από την εποχή του Homo habilis, ο οποίος ζούσε στη γη περίπου 2.5 εκατομμύρια πριν.

Νέα Στελέχη

Ο παραπάνω υπολογισμός αναφέρεται στον αριθμό των μεταλλάξεων που περιμένουμε να εμφανιστούν από ένα σωματίδιο του ιού και τους απογόνους του κατά τη διάρκεια μίας λοίμωξης. Ωστόσο, οι λοιμώξεις ποτέ δεν αποδίδονται σε ένα σωματίδιο, επομένως, προκειμένου να υπολογίσουμε τον πραγματικό αριθμό των νέων μεταλλάξεων που εμφανίζονται σε μία λοίμωξη θα πρέπει να λάβουμε υπόψη όλα τα σωματίδια του ιού που παράγονται, καθένα από τα οποία ακολουθεί τη δική του εξελικτική πορεία.

Ο συνολικός αριθμός των σωματιδίων του ιού που παράγονται στην πορεία μίας λοίμωξης κυμαίνεται ανάμεσα σε 300.000 και 300.000.000. Αν κάθε κυτταρική σειρά παρουσιάζει κατά μέσο όρο 0.5 μεταλλάξεις, τότε συνολικά οι μεταλλάξεις από όλα τα σωματίδια του ιού είναι 100.000-100.000.000 με μία πρόχειρη εκτίμηση.

Το γονιδίωμα RNA του ιού αποτελείται από 4 αζωτούχες βάσεις, τη γουανίνη (G), την κυτοσίνη (C), την ουρακίνη (U) και την αδενίνη (Α). Οι μεταλλάξεις αποτελούν συνήθως αντικατάσταση οποιασδήποτε από τις παραπάνω στο γονιδίωμα μήκους 30.000 του ιού. Καταλαβαίνουμε, επομένως, ότι στο γονιδίωμα του ιού μπορούν να συμβούν περίπου 100.000 διαφορετικές μεταλλάξεις.

Κατά συνέπεια, είναι δυνατό να εμφανιστούν όλες οι δυνατές μεταλλάξεις κατά τη διάρκεια μίας λοίμωξης σε έναν ασθενή. Γιατί, λοιπόν, πέρασαν αρκετοί μήνες μέχρι να εμφανιστεί το 1ο νέο στέλεχος του SARS-CoV-2;

Η απάντηση είναι ότι η συντριπτική πλειοψηφία των παραπάνω μεταλλάξεων δεν θα έχει καμία επίδραση στον ιό. Επιπλέον, ένα μικρό μόνο ποσοστό των μεταλλάξεων θα μεταδοθεί σε άλλα άτομα, καθώς τα περισσότερα σωματίδια του ιού καταστρέφονται από το ανοσοποιητικό σύστημα του ξενιστή. Ακόμη, η μικρή διάρκεια της λοίμωξης δεν επιτρέπει στη φυσική επιλογή να διατηρήσει τις «καλύτερες» μεταλλάξεις έτσι ώστε να δημιουργήσει νέα επικίνδυνα στελέχη.

Το τελευταίο γεγονός έχει αποτρέψει αρκετά νέα στελέχη. Σε αντίθετη περίπτωση, σήμερα πιθανώς θα αντιμετωπίζαμε εκατοντάδες νέα στελέχη και όχι τα περίπου 6 που έχουν εμφανιστεί αυτή τη στιγμή και κυκλοφορούν παγκοσμίως.

Εξελικτικό Μειονέκτημα;

Το γεγονός ότι οι περισσότερες μεταλλάξεις που εμφανίζονται σε μία λοίμωξη δεν μεταδίδονται ποτέ σε άλλα άτομα, περιορίζει σε μεγάλο βαθμό την εξέλιξη του ιού και την εμφάνιση νέων στελεχών. Ωστόσο, αυτό μπορεί να αντισταθμιστεί από τον εξαιρετικά μεγάλο αριθμό νέων λοιμώξεων.

Σήμερα, καταγράφονται κατά μέσο όρο περίπου 620.000 νέες λοιμώξεις παγκοσμίως καθημερινά. Αν κάθε λοίμωξη δημιουργεί περίπου 0.5 νέες μεταλλάξεις, αυτό σημαίνει ότι κάθε μέρα εμφανίζονται παγκοσμίως περίπου 300.000 μεταλλάξεις.

Καθώς η συντριπτική πλειοψηφία των παραπάνω δεν θα μεταδοθεί ποτέ σε κάποιο άλλο άτομο, ελάχιστες από αυτές θα καταφέρουν να εξαπλωθούν στον πληθυσμό. Ας θυμηθούμε, ωστόσο, ότι ο αριθμός των πιθανών μεταλλάξεων είναι περίπου 100.000 και μέχρι σήμερα ενδέχεται κάθε μία από αυτές να έχει μεταδοθεί κάποια στιγμή από έναν ασθενή σε κάποιον άλλο.

Αυτό μπορεί να δημιουργήσει την εντύπωση ότι ο ιός έχει εξαντλήσει τις όλες τις εξελικτικές επιλογές του και επομένως η πιθανότητα να εμφανιστούν νέα στελέχη είναι σχετικά χαμηλή.

Ωστόσο, αρκετές από τις ιδιότητες του ιού δεν συνδέονται με μία μόνο μετάλλαξη, αλλά με ένα συνδυασμό διαφορετικών μεταλλάξεων στο ίδιο γονιδίωμα. Για παράδειγμα, η επίδραση μίας συγκεκριμένης μετάλλαξης μπορεί να είναι εντονότερη αν εμφανιστεί σε ένα γονιδίωμα που φέρει ήδη και άλλες μεταλλάξεις. Αν το φαινόμενο αυτό είναι συχνό στον SARS-CoV-2, τότε προφανώς αυτό σημαίνει ότι υπάρχει ακόμα μεγάλη πιθανότητα να εμφανιστούν νέα, επικίνδυνα στελέχη.

- Advertisement -

Ακολουθήστε μας στο Google News για την έγκυρη επιστημονική ενημέρωσή σας, έγκαιρα!

Μην χάσετε:
Σχετικά Αρθρα