تتكاثر طفرات COVID-19 بينما يتسابق العلماء لفك تشفير الاختلافات

واشنطن: عندما اكتشفت بيتي كوربر ، عالمة الأحياء في مختبر لوس ألاموس الوطني ، أول طفرة كبيرة في فيروس COVID-19 في الربيع الماضي ، كان بعض العلماء متشككين. لم يعتقدوا أنه سيجعل الفيروس أكثر عدوى وقالوا إن ارتفاعه السريع قد يكون مجرد مصادفة.

الآن ، بعد 11 شهرًا ، أصبحت طفرة D614G التي ساعدت في اكتشافها منتشرة في كل مكان في جميع أنحاء العالم ، وظهرت في جينومات المتغيرات سريعة الانتشار من المملكة المتحدة وجنوب إفريقيا والبرازيل. وفي الوقت نفسه ، تظهر طفرات جديدة في أنماط معقدة بشكل متزايد ، مما دفع كبار علماء الأحياء إلى ابتكار طرق جديدة لتتبع خرطوم حريق من البيانات الجينية الواردة.

الهدف: الكشف السريع عن المتغيرات التي يمكن أن تقلل من فعالية اللقاحات لمسببات الأمراض التي من غير المرجح القضاء عليها في أي وقت قريب. يمكن أن يستقر فيروس SARS-CoV-2 ويصبح مجرد مصدر إزعاج مثل نزلات البرد. أو مثل الإنفلونزا ، يمكن أن تحتفظ بقدرتها على التسبب في مرض شديد في بعض شرائح السكان ، وهو سيناريو قد يتطلب جرعات تقوية منتظمة.

قال كوربر ، الذي يعمل على ابتكار أدوات رياضية جديدة لاكتشاف المتغيرات المهمة طبياً: “بمراقبتها بعناية ، يمكننا أن نبقى في طليعة الفيروس وهذا ما يسعى الجميع إلى فعله الآن”.

كان تدفق بيانات الجينوم الجديد كبيرًا لدرجة أن مختبر لوس ألاموس اضطر إلى ترقية خوادمه للتعامل مع البيانات الواردة. وفي الوقت نفسه ، يجري كوربر أربع مكالمات أسبوعيًا مع خبراء في جميع أنحاء العالم لوضع معايير لتحديد متى تكون الطفرات مقلقة بما يكفي لتستحق متابعة معملية مفصلة حول كيفية تأثيرها على اللقاحات.

كان أحد الألغاز الرئيسية التي تم الكشف عنها في وقت مبكر من قبل كبار العلماء هو نوع الفيروس الذي سيثبت أنه فيروس كورونا. حتى الآن ، يبدو أكثر شبهاً بالإنفلونزا ، التي يتغير شكلها طوال الوقت وتتطلب إعادة التطعيم السنوية ، أكثر من الحصبة ، وهي فيروس لا يتحمل الطفرات لدرجة أن نظام لقاح واحد يستمر مدى الحياة.

“هل هذا يعني أننا بحاجة إلى صنع لقاح جديد كل عام؟” قال بول دوبريكس ، رئيس مركز أبحاث اللقاحات بجامعة بيتسبرغ. “لا نعرف.”

لسبب واحد ، فإن لقاحات الرنا المرسال لـ COVID-19 لها معدلات فعالية أعلى من 90 في المائة ، وهي نسبة أعلى بكثير من معدل 60 في المائة في لقاحات الإنفلونزا في عام جيد. لكن شركات تصنيع اللقاحات Moderna Inc. و Pfizer Inc. ، جنبًا إلى جنب مع شريكها BioNTech SE ، لا يخاطرون. فقط في حالة ، بدأوا بالفعل تجارب لطلقات معززة تستهدف B.1.351 ، وهي سلالة تهرب من الأجسام المضادة تم رصدها لأول مرة في جنوب إفريقيا.

عندما تتكاثر الفيروسات وتنسخ جينوماتها ، يمكن أن تندلع الأخطاء السلسلة الطويلة من “أحرف” الحمض النووي الريبي أو الحمض النووي الريبي (DNA) التي تحدد كيفية تطور البروتينات الفيروسية. العديد من الأخطاء ليس لها أي تأثير ، أو حتى أنها يمكن أن تجعل الفيروس أقل ملاءمة. لكن نسبة ضئيلة من هذه التغييرات يمكن أن تمنح الفيروس ميزة ، مما يجعله أكثر عدوى أو يمنحه القدرة على التهرب من جهاز المناعة.

يشتهر فيروس نقص المناعة البشرية بمعدل الطفرات السريع. وبالمقارنة ، فإن SARS-CoV-2 يتحور بمعدل أبطأ بكثير ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى إنزيم إثبات القراءة الذي يحد من التغييرات. ولكن مع وجود أكثر من 125 مليون إصابة في جميع أنحاء العالم ، فلا بد أن بعض الأخطاء تتسلل.

توصل باحثون في جامعة بيتسبرغ إلى أن الفيروس وجد في الوقت نفسه طرقًا ملتوية قد تتجنب آلية إثبات القراءة الخاصة به. بدلاً من إجراء تغييرات في أحرف RNA الفردية ، فإنه يحذف مجموعات من عدة أحرف في وقت واحد ، مما يقوض على ما يبدو قدرة أنظمة التدقيق الإملائي الطبيعية للفيروس على رؤية التغيير.

شوهدت بعض عمليات الحذف الأولى في مريض سرطان مصاب بضعف المناعة تم علاجه في المركز الطبي بجامعة بيتسبرغ والذي توفي بعد نوبة استمرت 74 يومًا مع COVID-19. في ذلك الوقت ، تطورت عمليات حذف متعددة للهروب المناعي ، وفقًا لدوبريكس بجامعة بيتسبرغ ، الذي أبلغ عن عمليات حذف مريض السرطان في نوفمبر.

قال دوبريكس: “إذا ذهب الشيء اللعين فلن تكون قادرًا على إصلاحه”.

ما يجعل مستقبل SARS-CoV-2 صعبًا للغاية للتنبؤ به هو أن التطور الفيروسي يشبه لعبة شطرنج ثلاثية الأبعاد. لا يهم فقط الطفرات الفردية ، ولكن أيضًا الترتيب والتوليفات التي تحدث فيها. قد تغير طفرة واحدة الفيروس بطرق خفية تغير تأثير الآخرين في المستقبل ، وفقًا لمارك زيلر ، العالم في معهد سكريبس للأبحاث في سان دييغو.

تشترك كل من سلالة B.1.351 الشائعة في جنوب إفريقيا وسلالة P.1 التي تضرب البرازيل في العديد من الطفرات في بروتين السنبلة الذي يستخدمه الفيروس للدخول إلى الخلايا. يتضمن هذا طفرة D614G التي اكتشفها كوربر ، والتي تجعل السنبلة أكثر استقرارًا ، وطفرة E484K ، والتي يُعتقد أنها تقلل من قدرة بعض الأجسام المضادة على الارتباط بالسرقة.

ومع ذلك ، ولأسباب غير مفهومة تمامًا حتى الآن ، يبدو أن B.1.351 هو الذي يبدو أنه له تأثير أكبر على لقاحات Pfizer و Moderna ، على الأقل في الاختبارات المعملية.

بشكل عام ، كان سجل إنجازات القضاء على الفيروسات ضعيفًا ، والجدري هو المثال الرئيسي. حتى جيوب شلل الأطفال لا تزال منتشرة في بعض البلدان ، على الرغم من الجهود المبذولة للقضاء عليها. هذا لا يبشر بالخير بالنسبة للفيروس الحالي ، وفقًا لجيسي بلوم ، الباحث في مركز فريد هتشينسون لأبحاث السرطان الذي يدرس التطور الفيروسي.

قال بلوم: “التطعيم سوف يزيل هذا الوباء بطريقة جوهرية للغاية”. “لكنني لا أعتقد أننا سنقضي على SARS-CoV-2.”

يتوقع بلوم أن يستغرق الفيروس “عددًا من السنوات” حتى يكتسب طفرات كافية للهروب تمامًا من اللقاحات الموجودة. وقال إنه من بين حوالي 100000 طفرة محتملة من حرف واحد للفيروس ، من المرجح أن يساعد أقل من 1 ٪ الفيروس على تجنب الأجسام المضادة.

بينما يستمر الفيروس في التطور على المدى القصير ، فإن أحد السيناريوهات الأكثر تفاؤلاً هو أنه قد ينفد من التحركات الكبيرة التي يمكن أن يقوم بها لتجنب الأجسام المضادة التي تجعل اللقاحات الحالية تعمل. في ظل هذا السيناريو ، قد يكون هناك حد عملي لمقدار الفيروس الذي يمكن أن يتحور ويظل لائقًا لغزو خلايانا.

يجب أن يحتفظ بروتين السنبلة بشكل يسمح له بالالتصاق بكفاءة بمستقبلاته البشرية ، وفقًا لشين كروتي ، الباحث في معهد لا جولا لعلم المناعة.

قال “ليس هناك عدد لانهائي من الاحتمالات”. “إنه مثل وضع قدمك في حذاء. لا يزال يجب أن يكون بشكل أساسي الشكل والحجم المناسبين ولا يزال من الضروري التعرف عليه كحذاء “.

ومع ذلك ، تشير الدلائل المستمدة من فيروسات كورونا الباردة الشائعة الأخرى إلى أنها يمكن أن تتحور لتفادي الجهاز المناعي بمرور الوقت.

في دراسة حديثة ، قارن بلوم وزملاؤه نسخة 1984 من فيروس كورونا البارد المعروف باسم 229E بنسخة من نفس السلالة التي انتشرت في عام 2016 ، بعد ثلاثة عقود. تم استبدال 17 في المائة من أحرف الحمض النووي الريبي في جزء رئيسي من البروتين الشائك الذي يربط الفيروس بالخلايا بسبب الطفرات. لاختبار ما يعنيه هذا بالنسبة لمناعة الإنسان ، حصلوا على عينات دم مريض من الثمانينيات يمكن أن تحيد السلالة الفيروسية عام 1984. من المحتمل أن هؤلاء الأشخاص قد تعرضوا لفيروس 1984 وطوروا أجسامًا مضادة واقية ضده.

عندما اختبر الباحثون العينات ضد سلالات فيروس 229E التي ظهرت في التسعينيات أو بعد ذلك ، تلاشت الحماية: فقط 2 من 8 عينات دم كانت قادرة على تحييد سلالة 2016 ، وأظهر هذان العنصران نشاطًا منخفضًا بشكل كبير ضد أحدثها. الفيروس.

يوفر ذلك بعض التلميحات حول مدى التغيير الذي يمكن أن يحدث في المستقبل ، مع توفير الوقت الكافي. قال بلوم في مقابلة: “من الواضح تمامًا أن فيروسات كورونا البشرية تخضع لتطور مستضدي كبير”.

ومع ذلك ، لا يزال من غير المعروف ما إذا كان الفيروس يمكن أن يحتفظ بقدرته على التسبب في مرض خطير لأنه يتحور ويكتسب المزيد من الناس المناعة من خلال العدوى أو اللقاحات.

في بحث نُشر في كانون الثاني (يناير) في مجلة Science ، وجد واضعو نماذج الأمراض في جامعة إيموري أن العامل الرئيسي سيكون ما إذا كانت الحماية من الأمراض الشديدة تستمر لفترة أطول بكثير من الحماية من العدوى الخفيفة أو غير المصحوبة بأعراض ، وهو أمر نموذجي لفيروسات كورونا التي تسبب نزلات البرد.

بينما أجريت الدراسة قبل ظهور المتغيرات الحالية ، فإن استنتاجاتها الأساسية صمدت ، وفقًا لجيني إس لافين ، باحثة ما بعد الدكتوراه في جامعة إيموري.

قال لافين ، المؤلف الرئيسي للورقة البحثية: “ما نراه مع COVID19 على المستوى الجزيئي والخلوي لا يتعارض مع ما نراه مع فيروسات كورونا المستوطنة”. “المناعة تتضاءل ، ولكن لا تتضاءل كلها بسرعة.”