Как вирусы распространяются, мутируют и превращаются в новые варианты

Вирусу нужна клетка-хозяин для создания собственных копий. Каждый раз, когда происходит копирование, существует вероятность того, что новая копия будет немного отличаться от оригинала — это изменение называется мутацией. Когда в одной линии накапливается достаточно мутаций, агентства здравоохранения начинают называть это вариантом. Повторяясь во время миллионов инфекций, этот процесс объясняет, как респираторные вирусы, такие как грипп или SARS-CoV-2, продолжают меняться с течением времени.

Как вирус передается от человека к человеку

Всемирная организация здравоохранения группирует способы передачи респираторных вирусов между людьми на контактную, капельную и воздушную передачу. Контактная передача происходит, когда вирусосодержащие выделения передаются непосредственно между людьми или косвенно через загрязненную поверхность. Капельная передача включает более крупные дыхательные частицы — размером более 5–10 микрометров — которые падают на землю или попадают в рот, нос или глаза другого человека на расстоянии примерно одного метра. Воздушная передача включает более мелкие частицы, которые остаются взвешенными в воздухе и могут распространяться дальше; ВОЗ говорит, что этот маршрут наиболее четко задокументирован при медицинских процедурах, которые генерируют аэрозоли.

В своем комментарии на SARS-CoV-2 ВОЗ отмечает, что кластеры случаев были зарегистрированы в переполненных, плохо вентилируемых внутренних помещениях — ресторанах, спортзалах, местах богослужения — особенно после близкого контакта, длящегося примерно час или дольше. Вентиляция, физическое расстояние и время, проведенное вместе, влияют на то, насколько легко респираторный вирус распространяется через группу.

Измерение распространения: число воспроизводства

Эпидемиологи суммируют скорость распространения инфекции с помощью базового числа воспроизводства, R0 — ожидаемого количества новых инфекций, вызванных одним инфицированным человеком в полностью восприимчивой популяции, согласно обзору, опубликованному на платформе PubMed Central (PMC) Национальных институтов здравоохранения США. Если R0 выше 1, типичный инфицированный человек передает вирус более чем одному другому человеку в среднем, и вспышка растет; если она остается ниже 1, вспышка уменьшается. В обзоре отмечается, что R0 зависит от частоты контактов между людьми, вероятности передачи при каждом контакте и того, как долго человек остается заразным — не только от самого возбудителя.

От ошибки копирования к мутации

Мутации — это не то, что вирус делает намеренно. Согласно ВОЗ, мутации — это просто изменения, которые происходят при копировании генетического материала вируса; агентство отмечает, что чем больше вирус распространяется и реплицируется, тем больше у него шансов подхватить такие изменения. РНК вирусы, такие как коронавирусы и грипп, имеют тенденцию накапливать эти ошибки копирования особенно часто, согласно объяснению, опубликованному на Science News Explores, публикацией Общества науки.

Центры по контролю и профилактике заболеваний США (CDC) заявляют, что SARS-CoV-2 продолжает накапливать мутации в своей генетической последовательности по мере продолжения циркуляции. Большинство этих изменений не оказывают заметного влияния на поведение вируса.

Когда мутация становится вариантом — и, может быть, штаммом

ВОЗ определяет вариант как вирус с одной или несколькими новыми мутациями по сравнению с версией, от которой он произошел. Science News Explores проводит дальнейшее различие: вариант становится штаммом только после того, как исследователи покажут, что он имеет действительно новую биологическую способность, такую как более легкое распространение, вызывающее более серьезное заболевание или частично избегающее иммунитета, накопленного предыдущей инфекцией или вакцинацией. По этой логике каждый штамм является вариантом, но не каждый вариант квалифицируется как штамм.

Распространение ли новый вариант зависит от естественного отбора. Изменения, которые делают копию вируса менее способной заражать клетки, имеют тенденцию исчезать быстро, в то время как изменения, которые делают вирус более приспособленным в его текущей среде — более передаваемым, лучше избегающим иммунной защиты или и то, и другое — имеют тенденцию становиться более распространенными с течением времени, согласно Science News Explores. Потому что крупные вспышки генерируют больше инфекций и, следовательно, больше событий репликации, устойчивое высокое распространение дает вирусу больше шансов генерировать тип мутации, которая превращается в успешный новый вариант.

Как агентства отслеживают новые варианты

Чтобы идти в ногу с вирусной эволюцией, CDC проводит геномное наблюдение: лаборатории секвенируют генетический код образцов вирусов от пациентов и загружают последовательности в общие базы данных, чтобы исследователи могли их сравнивать. Агентство группирует связанные последовательности в родословные, используя систему номенклатуры Pango, основу именования, используемую во всем мире органами здравоохранения и исследователями для отслеживания того, как родословные связаны друг с другом и распространяются с течением времени, согласно CDC.

Наблюдение объединяет эти генетические данные с фенотипическими данными — прямыми лабораторными или клиническими наблюдениями того, как вариант действительно ведет себя — для оценки того, работают ли существующие тесты, методы лечения и вакцины против него, говорит CDC. ВОЗ добавляет, что вакцины COVID-19 были разработаны для создания широкого иммунного ответа, включающего несколько типов антител и иммунных клеток, именно поэтому отдельные мутации вряд ли сами по себе сделают вакцину полностью неэффективной; если вариант действительно снижает защиту, ВОЗ говорит, что состав вакцины может быть обновлен в ответ.