Jak wirusy się rozprzestrzeniają, mutują i przekształcają w nowe warianty

Wirus potrzebuje komórki gospodarza, aby tworzyć kopie samego siebie. Za każdym razem, gdy dochodzi do kopiowania, istnieje szansa, że nowa kopia będzie się nieznacznie różnić od oryginału — zmiana zwana mutacją. Wystarczająca ilość mutacji zgromadzona w jednej linii, a agencje zdrowotne zaczynają ją nazywać wariantem. Powtarzając się w milionach infekcji, ten proces pokazuje, jak wirusy oddechowe takie jak grypa lub SARS-CoV-2 stale się zmieniają.

Jak wirus przenosi się z osoby na osobę

Światowa Organizacja Zdrowotności dzieli sposoby przenoszenia wirusów oddechowych między ludzi na przenoszenie kontaktowe, kroplinkowe i powietrzne. Przenoszenie kontaktowe ma miejsce, gdy wydzieliny zawierające wirus przechodzą bezpośrednio między osobami lub pośrednio przez zainfekowaną powierzchnię. Przenoszenie kroplinkowe obejmuje większe cząstki oddechowe — ponad 5–10 mikrometrów średnicy — które opadają na ziemię lub trafiają do ust, nosa lub oczu innej osoby w promieniu około jednego metra. Przenoszenie powietrzne obejmuje mniejsze cząstki, które pozostają zawieszone w powietrzu i mogą rozprzestrzeniać się dalej; WHO mówi, że ta droga jest najwyraźniej udokumentowana podczas procedur medycznych generujących aerozole.

W swoim komentarzu na temat SARS-CoV-2 WHO odnotowuje, że skupiska przypadków zostały zarejestrowane w zatłoczonych, słabo wentylowanych zamkniętych przestrzeniach — restauracjach, salach fitness, miejscach kultu — szczególnie po bliskim kontakcie trwającym około godziny lub dłużej. Wentylacja, dystans fizyczny i czas spędzony razem wpływają na to, jak łatwo wirus oddechowy rozprzestrzenia się w grupie.

Pomiar rozprzestrzenienia: liczba reprodukcji

Epidemiolodzy podsumowują szybkość rozprzestrzenienia infekcji za pomocą podstawowej liczby reprodukcji, R0 — oczekiwanej liczby nowych infekcji spowodowanych przez jedną zarażoną osobę w całkowicie podatnej populacji, zgodnie z przeglądem opublikowanym na platformie PubMed Central (PMC) Amerykańskich Narodowych Instytutów Zdrowia. Jeśli R0 jest powyżej 1, typowa zarażona osoba przenosi wirus na więcej niż jedną inną osobę średnio, a ognisko rośnie; jeśli pozostaje poniżej 1, ognisko się zmniejsza. Przegląd zauważa, że R0 zależy od częstości kontaktów między ludźmi, szansy transmisji przy każdym kontakcie i tego, jak długo osoba pozostaje zaraźliwa — nie tylko od samego patogenu.

Od błędu kopiowania do mutacji

Mutacje to nie coś, co wirus robi celowo. Według WHO, mutacje to po prostu zmiany, które zachodzą podczas kopiowania materiału genetycznego wirusa; agencja zauważa, że im więcej wirus rozprzestrzenia się i replikuje, tym więcej szans ma na takie zmiany. Wirusy RNA takie jak koronawirus i grypa mają tendencję do gromadzenia się tych błędów kopiowania szczególnie często, zgodnie z wyjaśnieniem opublikowanym przez Science News Explores, publikację Society for Science.

Centra Kontroli i Prewencji Chorób USA (CDC) stwierdzają, że SARS-CoV-2 nadal gromadzi mutacje w swojej sekwencji genetycznej w miarę dalszej cyrkulacji. Większość tych zmian nie ma zauważalnego wpływu na zachowanie wirusa.

Kiedy mutacja staje się wariantem — a może szczepem

WHO definiuje wariant jako wirus z jedną lub większą liczbą nowych mutacji w porównaniu z wersją, od której pochodzi. Science News Explores robi dalsze rozróżnienie: wariant staje się szczepem dopiero po tym, jak naukowcy pokażą, że ma on naprawdę nową zdolność biologiczną, taką jak łatwiejsze rozprzestrzenienie się, powodowanie poważniejszej choroby lub częściowe unikanie odporności zbudowanej z wcześniejszej infekcji lub szczepienia. Zgodnie z tą logiką każdy szczep jest wariantem, ale nie każdy wariant kwalifikuje się jako szczep.

Czy nowy wariant rozprzestrzenia się zależy od doboru naturalnego. Zmiany, które czynią kopię wirusa mniej zdolną do zainfekowania komórek, mają tendencję do szybkiego znikania, podczas gdy zmiany, które czynią wirusa bardziej przystosowanym w jego obecnym środowisku — bardziej zaraźliwym, lepszym w unikaniu obrony immunologicznej lub obydwu — mają tendencję do stania się bardziej powszechne z czasem, zgodnie z Science News Explores. Ponieważ duże ogniska generują więcej infekcji, a zatem więcej zdarzeń replikacji, utrzymana wysoka transmisja daje wirusowi więcej szans na wygenerowanie rodzaju mutacji, która przekształca się w udany nowy wariant.

Jak agencje śledzą nowe warianty

Aby nadążyć za zmianą wirusa, CDC prowadzi nadzór genomiczny: laboratoria sekwencjonują kod genetyczny próbek wirusa od pacjentów i przesyłają sekwencje do wspólnych baz danych, aby badacze mogli je porównywać. Agencja grupuje powiązane sekwencje w linie genetyczne przy użyciu systemu nomenklatury Pango, ramy nazewnictwa używanej na całym świecie przez organy zdrowotne publiczne i naukowców do śledzenia, jak linie genetyczne są ze sobą powiązane i rozprzestrzeniają się w czasie, zgodnie z CDC.

Nadzór łączy te dane genetyczne z danymi fenotypowymi — bezpośrednimi obserwacjami laboratoryjnymi lub klinicznymi, jak wariant faktycznie się zachowuje — aby ocenić, czy istniejące testy, leczenie i szczepionki nadal działają przeciwko niemu, mówi CDC. WHO dodaje, że szczepionki COVID-19 zostały zaprojektowane w celu wyzwolenia szerokiej odpowiedzi immunologicznej obejmującej wiele rodzajów przeciwciał i komórek immunologicznych, dlatego właśnie pojedyncze mutacje mało prawdopodobne są, aby samodzielnie uczyniły szczepionkę całkowicie nieskuteczną; jeśli wariant rzeczywiście zmniejsza ochronę, WHO mówi, że skład szczepionki można zaktualizować w odpowiedzi.