O mutacji wirusów: koronawirusy i inne gatunki

Wirusy, mutacje, szczepy – te trzy słowa są dziś na ustach wszystkich. Pandemia koronawirusa, która ogarnęła niemal całą planetę, sprawiła, że ​​zaczęliśmy się zastanawiać, skąd biorą się choroby, które radykalnie zmieniają życie ludzkości.

Tylko w ciągu dwudziestu dwóch lat XXI wieku doświadczyliśmy pięciu epidemii, które stanowiły poważne wyzwanie dla światowej medycyny. Każdy z nich jest wywoływany przez wirusy, ale zaskakujące jest to, że po pewnym czasie wiriony (cząstki wirusowe) powracają, ale w nieco zmodyfikowanej formie strukturalnej. Tak więc w latach 2002-2003 27 krajów świata stanęło w obliczu epidemii SARS, z której zmarło ponad 800 pacjentów. A to był dopiero początek, bo dalsza ludzkość czekała na:

  • świńska grypa A/H1N1 w latach 2009-2010 – śmiertelność sięgnęła prawie 19 tys. osób;
  • H5N1 i H7N9 ptasia grypa 2003-2017 – zmarło ponad 450 przypadków;
  • Bliski Wschód Respiratory Syndrome (MERS-CoV) to ostra infekcja wirusowa dróg oddechowych wywołana przez chorobotwórczy ludzki koronawirus MERS-CoV. Śmiertelność jest stosunkowo niska – 430 pacjentów w latach 2012-2015;
  • Gorączka krwotoczna Ebola w latach 2014-2016, w której zginęło 11 300 osób;
  • COVID-19 to aktualna pandemia spowodowana rozprzestrzenianiem się koronawirusa SARS-CoV-2. Odebranie 5,6 miliona istnień ludzkich.

Łatwo zauważyć, że niektóre określenia wirusów mają ze sobą coś wspólnego. Nie jest to zaskakujące, ponieważ mogą być powodowane przez zmutowane wirusy tego samego typu. Spróbujmy dowiedzieć się, czym jest mutacja wirusa i dlaczego tak się dzieje.

Co to jest wirus, jego struktura i cechy

Świat mikroorganizmów jest reprezentowany przez kilka odrębnych gatunków, z których każdy zasadniczo różni się od pozostałych. Wirusy należą do tej grupy, choć posiadają własne cechy, które nie są charakterystyczne dla reszty niewidocznych gołym okiem przedstawicieli świata zwierzęcego i roślinnego. Po pierwsze, nie mają struktury komórkowej i układów białkootwórczych. Po drugie, mają wyraźny cytotropizm i pasożytnictwo wewnątrzkomórkowe.

Naukowcy badający wirusy obliczyli, że na Ziemi jest ponad 10 takich mikroorganizmów. Mają różne kształty, rozmiary i cykle życia, ale kilka właściwości łączy wszystkie wirusy:

  • obecność kapsydu - ochronnej struktury białkowej;
  • genom, który składa się z DNA lub RNA i znajduje się wewnątrz kapsydu;
  • superkapsyd - otoczka, która pokrywa kapsyd, ale nie występuje we wszystkich typach wirusów.

Kiedy wirus dostanie się do komórki gospodarza, zaczyna się szybko namnażać. W rezultacie pojawia się wiele kopii czynnika sprawczego choroby, które następnie wpływają na inne komórki organizmu.

W procesie reprodukcji i przenoszenia wirusa czasami dochodzi do zmiany materiału genetycznego znajdującego się w genomie. To się nazywa mutacja.

Im więcej wirusów krąży i replikuje częściej, tym większa szansa na pojawienie się nowych szczepów.

Taka mutacja może tworzyć wirusy, które łatwiej przystosowują się do środowiska zewnętrznego, mają wysoką zaraźliwość i powodują radykalnie odmienne objawy i przebieg choroby. Ten proces nazywa się ewolucją.

Główne przyczyny mutacji wirusów

Każdego roku na świecie pojawiają się nowe szczepy infekcji wirusowych. Tłumaczy się to ewolucją wirusów, która zachodzi bardzo szybko i może zachodzić na dwa sposoby:

  • rekombinacja: w tym przypadku mikroorganizmy infekują tę samą komórkę i wymieniają materiał genetyczny ze sobą;
  • mutacja: zmiana sekwencji łańcuchów DNA lub RNA występuje w samym wirusie.

Rekombinacja jest nieodłączną cechą wirusa grypy, ponieważ zawiera on jednocześnie osiem segmentów RNA, z których każdy zawiera od jednego do kilku genów. Kiedy do organizmu dostaną się dwa różne szczepy tego samego patogenu, powstają nowe mikroorganizmy z mieszanymi segmentami.

Mutacja również wytwarza nowe szczepy, ale proces jest zupełnie inny. Do pojawienia się nowego szczepu nie jest konieczne równoczesne zakażenie dwoma różnymi patogenami, ponieważ wszystkie zmiany zachodzą podczas kopiowania wirusa. Wiadomo, że wirusy DNA zmieniają się znacznie rzadziej niż RNA. Naukowcy tłumaczą tę cechę jedną ważną różnicą: wirusy DNA w procesie kopiowania potrzebują polimerazy DNA, enzymu, który wnika do komórek gospodarza. To ona wykrywa i naprawia błędy, zapobiegając pojawieniu się zmodyfikowanych wirusów, ale wiriony potrafią czasem ominąć ten mechanizm.

Polimeraza RNA zaangażowana w replikację wirusów RNA nie ma tej zdolności, więc nie zachodzi żadna korekta. W związku z tym prawdopodobieństwo pojawienia się nowych szczepów wirusów jest wysokie.

Choroby wirusowe z wieloma typami szczepów nie są w rzeczywistości tak liczne. Najbardziej znane i najczęstsze mutacje występują w grypie, HIV, koronawirusie. Na przykład podczas całego istnienia SARS-CoV-2 powstało trzynaście różnych form. Pandemia COVID-19 rozpoczęła się w formie odkrytej w grudniu 2019 r. w chińskim mieście Wuhan.

Konsekwencje mutacji wirusa

Czy mutacja jest dobra czy zła? Na to pytanie nie można odpowiedzieć jednoznacznie, ponieważ w każdym przypadku wynik jest inny. W przypadku niektórych chorób mutacja wirionów staje się okazją, aby „czuć się” jeszcze bardziej komfortowo w organizmie, podczas gdy w przypadku innych prowadzi do tego, że pacjenci łatwo chorują i szybko wracają do zdrowia.

W przypadku infekcji HIV jedną z głównych przyczyn lekooporności jest mutacja genów prowadząca do powstania nowych szczepów. Chodzi o to, że do zablokowania replikacji HIV stosuje się inhibitor odwrotnej transkryptazy, którego mechanizm działania polega na łączeniu się z tym enzymem w wirusie. Bez jego udziału wirion nie może kopiować genomu, ale niektóre cząsteczki wirusa mutują właśnie w genie odwrotnej transkryptazy, więc lek na nie nie działa. W tym celu do leczenia HIV stosuje się terapię skojarzoną kilku leków wpływających na różne cykle rozwoju wirusa.

Wpływ na wykrywanie wirusa i proces szczepień

Mutacja, w wyniku której powstają nowe szczepy, stanowi poważne wyzwanie dla diagnostyki laboratoryjnej. Ważne jest, aby nowe formularze nie wyszły poza zakres obecnie stosowanych metod identyfikacji. Globalna Sieć Laboratoryjna WHO ustanowiła grupę zadaniową do badania ewolucji SARS-CoV-2. Jej przedstawiciele pobierają próbki od pacjentów z nowymi, nietypowymi objawami i przesyłają je do dalszych badań. Takie kroki umożliwiają monitorowanie pojawiania się nowych szczepów, ich wpływu na człowieka oraz skuteczności leków na nowe formy.

Do chwili obecnej diagnostykę koronawirusa przeprowadza się metodami w 100% skutecznymi, ponieważ określają ją geny RdRp (ORF1ab) i N, które w ogóle nie mutują.

Sytuacja ze szczepieniami jest nieco bardziej skomplikowana : nowy szczep koronawirusa „omicron” pojawił się kilka miesięcy temu, zadając cios wysiłkom naukowców i lekarzy, którzy opracował szczepionki przeciwko COVID-19. Chociaż mniej zagrażał zdrowiu w porównaniu z poprzednimi formami, kwestionował skuteczność szczepień. Tak więc testy szczepionki Pfizer wykazały, że chroni ona przed omikronem tylko w 22,5%. Do takiego wniosku doszli eksperci Afrykańskiego Instytutu Badawczego Zdrowia w Durbanie (RPA). W tym celu pobrali próbki osocza krwi od 12 zaszczepionych pacjentów, którzy zachorowali na tę konkretną formę koronawirusa. Badanie opierało się na oznaczeniu przeciwciał neutralizujących w organizmie. Jednocześnie założyli, że szczepionka ułatwi przebieg choroby, uchroni przed wystąpieniem powikłań.

W przeszłości skuteczność szczepienia lekiem biotechnologicznym oceniali brytyjscy naukowcy. Ich wyniki były bardziej optymistyczne: trzecia dawka szczepionek mRNA firm Pfizer i AstraZeneca zwiększyła obronę organizmu przed omikronem o 75%.

Ale nie wszystko jest takie pesymistyczne. Pomimo wzrostu liczby pacjentów z koronawirusem szczepu Omicron, wśród zaszczepionych jest niewiele hospitalizacji. Oczywiście wybuch pandemii jeszcze przed nami, ale pojawiły się optymistyczne prognozy: ewolucja SARS-CoV-2 najprawdopodobniej zbliża się do końca. Celem wirusa nie jest zabicie człowieka i śmierć, ale kontynuowanie cyklu życia, w którym musi zmutować w słabszą formę.

Jest mało prawdopodobne, aby COVID-19 całkowicie zniknął z naszego życia. Ale jej coroczne pojawianie się w sezonie chorób układu oddechowego z łagodniejszymi objawami nie będzie już tak groźne. Tak więc mutacja wirusów może być procesem pozytywnym.

Źródła
  1. Strona internetowa Ministerstwa Zdrowia Regionu Moskiewskiego. – Epidemie XXI wieku: 5 niebezpiecznych wirusów najnowszej historii.
  2. Encyklopedia farmaceutyczna. - Wirusy.
  3. Portal internetowy „Hitech”. – Naukowcy obliczyli liczbę wirusów na Ziemi. Jest ich więcej niż gwiazd we wszechświecie.
  4. Strona internetowa Khan Academy. – Wprowadzenie do wirusów.
  5. Portal informacyjny „Liga. Biznes". – Ewolucja koronawirusa: dlaczego wirus mutuje i jak diagnozować nowe szczepy.
  6. Wikipedia - szczepy SARS-CoV-2. Stół obrotowy.
  7. Strona internetowa Khan Academy. – Ewolucja wirusów.
  8. Publikacja sieciowa „Forbes.ru”. – Szczepionkę firmy Pfizer przeciwko szczepowi Omicron oszacowano na 23% skuteczności.
  9. Portal informacyjny „Gazeta.ru”. - Specjalista ds. chorób zakaźnych mówił o optymistycznych prognozach dla szczepu Omicron.