Varijanta-mutacija-soj. Virus neprestano mutira i stvara nove varijante, no kad nastaje – novi soj? Terminologija

Mutacija u genomu virusa, varijanti virusa na molekularnoj razini, ima znatno više nego što su one koje podrazumijevamo funkcionalno izmijenjenima i nazivamo ih novim sojevima. Svi sojevi su dakle varijante ali nisu sve varijante sojevi nekog virusa, objašnjava Tamara Čačev u članku u kojem također navodi da su 'varijanta koja zabrinjava' (variant of concern) i 'varijanta s ozbiljnim posljedicama' (variant of high consequence) primjerenije današnjim metodama klasifikacije

• dr. sc. Tamara Čačev viša je znanstvena suradnica u Zavodu za molekularnu medicinu Instituta Ruđer Bošković. Čačev je također članica Savjeta Ideje.hr

Varijanta, mutacija, soj virusa pojmovi su koji pomalo zbunjuju ljude iako gotovo da nema dana da se ne pojavi neka vijest o jednom, drugom ili trećem. Za najširu publiku to u principu može značiti jedno te isto, jer je jedino što za javnost bitno je li novi mutacija/varijanta/soj zarazniji ili patogeniji u smislu da izaziva teže kliničke slike i veću smrtnost. No, ako želimo biti znanstveno precizni to nisu potpune istoznačnice.

Korijeni različite terminologije dolaze iz povijesnog razvoja virologije i njene transformacije u molekularnu virologiju. Naime, jasno je da su u povijesnom slijedu nakon mukotrpnih istraživanja i razvoja tehnologije mikroskopiranja, posebno je tu riječ o razvoju elektronskog mikroskopa, najprije bili identificirani virusi kao infektivne čestice i uzročnici bolesti. U tim najranijim koracima u virologiji preuzeta je terminologija koja je karakteristična za mikrobiologiju, a prethodno je iskovana na bakterijama i njihovim sojevima. Otuda dolazi i taj termin, radi se dakle o pojmu koji se uvriježio u ‘predmolekularnoj’ eri virologije.

Već sam pisala kako su veliki pomaci u tehnologiji istraživanja u biologiji (od običnog mikroskopa, preko elektronskog do PCR-a i sekvenciranja) uveli kvantne skokove u sve grane ove znanosti. Tako je sekvenciranje genetske upute virusa koja je također zapisana u nukleinskim kiselinama bilo RNA, bilo DNA otvorilo novu eru i u virologiji – molekularnu virologiju. Naravno, na ovom terenu također su se već etablirali neki termini koje je onda virologija preuzela u kontekstu opisivanja fenomena u svom području i tako sad imamo cross over ili fusion termina, kako vam drago. Svi ste čuli za mutaciju i imate neku predodžbu o čemu se radi kada govorimo npr. o genomu čovjeka. Mutacije su promjene u kodiranom zapisu u nukleinskoj kiselini koji je zapravo recept, ‘users manual’ u kojem je napisano sve o tome kako napraviti čovjeka ili virus.

Do grešaka u kopiranju tog zapisa dolazi jer enzimi koji to rade, iako su izuzetno precizni, ipak imaju određenu nisku razinu greške koja na na nekom dugačkom zapisu, poput našeg genoma – nije beznačajna. Mutacije osim tijekom kopiranja nukleinskih kiselina mogu nastati i djelovanjem vanjskih čimbenika, primjerice uslijed pušenja koji razinu mutacija može dignuti i na nekoliko stotina u jednoj stanici pluća, ili uslijed UV zračenja, koje – ako se previše sunčamo – može dovesti do oštećenja naše DNA i nastanka melanoma. To su samo neki primjeri kako nastaju mutacije kako kod nas tako i kod najnižih replikativnih entiteta kao što su virusi.

Virusu u nekom trenutku ponestane bespomoćnih domaćina na koje bi naskočio pa može provesti dio svoje egzistencije u nekom primordijalnom, kristalnom obliku i čekati bolja vremena, primjerice otapanje permafrosta iz kojeg nas, kao u nekom filmu strave, također mogu zaskočiti virusi iz ere dok čovjeka nije ni bilo

Virusi su u procesu kopiranja puno manje precizni nego ljudi i nemaju većinu mehanizama kojima mi popravljamo eventualno nastale greške. Zašto su tako neprecizni? Zato jer im to odgovara. Radi se o vrlo jednostavnim entitetima (ne radi se o živim bićima) koji ‘ožive’ samo kada se nasele u neku stanicu bakterije, biljke ili životinje. Recept za njihovo bivanje i funkcioniranje je jednostavan – zarazi domaćina, razmnoži se i idi dalje. To dalje nekada ne mora uopće biti neko živo biće jer i virusu u jednom trenutku ponestane bespomoćnih domaćina na koje bi naskočio pa može provesti dio svoje egzistencije u nekom primordijalnom, kristalnom obliku i čekati bolja vremena, primjerice otapanje permafrosta iz kojeg nas kao u nekom filmu strave, također mogu zaskočiti virusi iz ere dok čovjeka nije ni bilo (o čemu sam također pisala za Ideje).

Plan za izradu virusa je jednostavan, nema puno kompliciranih radnji koje mora obaviti niti mora izgedati kao paun pa se stoga u uputstvu za izradu (nukleinskim kiselinama) ne moraju pisati romani koji dolaze primjerice s novim generacijama automobila. Ako se gdjegod u zapisu i pogriješi nije neka tragedija. Virus, kao i neki drugi organizmi koje poznajemo, igra na masovnost. Ako se u jednoj od virusnih čestica i nađe mutirana verzija njegovog genoma, ta je čestica samo jedna od na tisuće koje će se generirati u stanicama domaćina i onda u cijeloj populaciji tih domaćina.

Takva alternativna verzija genoma virusa koja nosi u sebi izmjenu-mutaciju u odnosu na prijašnje verzije (varijante) virusa naziva se novom varijantom. Kada se takva greška u zapisu (mutacija) i dogodi najčešće je neutralna i ne mijenja generalni smisao zapisa te funkcija koja je kodirana tim zapisom ostaje nepromijenjena. Ponekad ta greška može uvesti i poboljšane kvalitete u performansama virusa poput toga da se brže i lakše širi, prelazi na novi tip domaćina, duže preživi izvan organizma i slično.

Pretpostavlja se da je u Japanu mutacijama došlo do nastanka nove varijante koja je nepovoljna za virus ili se radi o sprezi specifičnosti genoma Japanaca i te promjene u virusu što je dovelo do njegove značajnije eredikacije u populaciji. No, Japan još nije siguran

Naravno, mutacija može biti i katastrofalna po virus u smislu nemogućnosti njegove daljnje replikacije i širenja. Nešto se slično upravo dogodilo u Japanu kada je, prema pretpostavkama znanstvenika, došlo do molekularnog urušavanja delta varijante virusa u populaciji. Pretpostavlja se da je mutacijama došlo do nastanka nove varijante koja je nepovoljna za virus ili se radilo o sprezi specifičnosti genoma Japanaca i te promjene u virusu što je dovelo do njegove značajnije eredikacije u populaciji. Ako se tako nešto spontano i dogodilo, Japan još nije siguran od pandemije jer je dovoljna ponovna introdukcija virusa u populaciju i – krećemo ispočetka.

Kada sam ja učila virologiju vrijedilo je generalno mišljenje kao je opća tendencija evolucije virusa u  nekoj populaciji da postaje blaži i manje opasan jer njegov strateški cilj nije ubiti domaćina ili ga onesposobiti da šeta po teretanama i restoranima, dapače, što više on to radi bolje za virus. Ako bi se i pojavila njegova opakija verzija koja jače onesposobljava domaćina, ta u općoj populaciji ne bi imala šanse za preveliko širenje jer bi naprosto takvi ljudi bili teško bolesni a ostali oko njih smrtno preplašeni pa bi se izvor domaćina naglo smanjio i epidemija bi se spontano ugušila. Nešto slično dogodilo se s prethodnim epidemijama srodnih korona virusa SARS-CoV-1 i MERS-CoV. Kada se pojedinac zarazi ovim virusima šanse za dobar ishod su mu puno manje nego kada se zarazi sa SARS-CoV-2, no to ne znači da u kumulativi na kraju SARS-CoV-2 neće ubiti više ljudi, kao što je to uostalom već odavno slučaj.

Vratimo se na tren natrag na semantiku. U predmolekularnoj virologiji ljudi su imali spoznaju samo o postojanju onih mutacija koje su davale varijante sa izmijenjenim svojstvima u odnosu na početni soj. Pa su se tako varijante izazvane funkcionalnim mutacijama (ali ne i one koje su bile neutralne, koje nisu mijenjale svojstva virusa) nazivale novim sojevima. Dakle, radilo se o nomenklaturi koja je bila vezana uz svojstva virusa u funkcionalnom smislu a ne o onome što se sve događa na razini njegovog genoma. Primjerice funkcionalna izmjena može značiti da se novi soj s jačim afinitetom veže na receptore stanice domaćina ili da se brže širi ili da je više infektivan i slično. Da zaključimo, mutacija u genomu virusa, dakle varijanti virusa na molekularnoj razini ima znatno više nego što su one koje podrazumijevamo funkcionalno izmijenjenima i nazivamo ih novim sojevima. Svi sojevi su dakle varijante ali nisu sve varijante sojevi nekog virusa (slika 1).

Slika 1. Razlike u pojmovima soj (strain) i varijanta (variant) preuzeto shttps://theconversation.com/whats-the-difference-between-mutations-variants-and-strains-a-guide-to-covid-terminology-154825

Kako ovakve različite terminologije izazivaju konfuziju puritanci u znanstvenoj terminologiji bi zapravo rekli kako uopće ne treba koristiti pojam soj, jer sojevi nekih drugih virusa u tradicionalnom smislu imaju puno veće funkcionalne razlike nego što to imaju varijante SARS-CoV-2. Sjetimo se samo klasifikacije virusa gripe koja se ipak temelji na svojstvima dvaju proteina njegove ovojnice (npr. H1N1) iako se naravno i kod gripe stvari terminološki kompliciraju pa se ovi sojevi zovu i podtipovi. Zapravo, sve što se  pojavljuje od verzija SARS-CoV-2 su male modifikacije i prije njegove varijante nego sojevi u tradicionalnom smislu.

Na početku pandemije imali smo  wuhanski soj koji je kasnije evoluirao u britanski (B.1.1.7), južnoafrički soj (B.1.351) i brazilski soj (P.1). Sada je dominantan delta soj. Svi ovi sojevi su ujedno i varijante i u sebi sadrže niz mutacija kojima se razlikuju u odnosu na matični wuhanski soj (slika 2). Malo detaljniji popis varijanti SARS-CoV-2 i njihovih funkcionalnih karakteristika dan je na linku (https://srhd.org/news/2021/coronavirus-mutations-and-variants-what-does-it-mean), a potpuni popis dan je na stranicama Svjetske zdravstvene organizacije (https://www.who.int/en/activities/tracking-SARS-CoV-2-variants/).

Slika 2. Mutacijama je SARS-CoV-2 postajao sve infektivniji. Slika preuzeta iz https://www.sciencenewsforstudents.org/article/explainer-what-are-virus-variants-and-strains

Od terminologije se može susresti i fraza varijante od posebne pozornosti ili one koje pobuđuju veću zabrinutost (variants of concern) koje se u odnosu na originalnu varijantu/soj mogu brže širiti ili potencijalno umanjiti djelovanje cjepiva. Još ozbiljnija varijanta virusa je ona koja se naziva variant of high consequence a radi se o onoj za koju je pokazano da poduzete mjere predostrožnosti, u prvom redu cjepiva, manje djeluju ili te varijante izazivaju teže kliničke oblike bolesti ili veću smrtnost.

Terminologija Svjetske zdravstvene organizacije uključuje: variants of interest, variants of concern i variants under monitoring i ti termini se uglavnom preklapaju s prije spomenutim. Ove godine još nije zabilježena niti jedna variant of high consequence ali je epidemija iznjedrila nekoliko variants of concern koje su evoluirale jedna za drugom i dobile imena prema slovima grčkog alfabeta i trenutno smo na delta varijanti.

U domeni bitnoj za vezanje virusa na stanicu Omicron varijanta ima 15 mutacija dok je delta soj imao svega 3, a pokazalo se kako je i to bilo dovoljno da smanji učinkovitost cjepiva

Najnovije vijesti govore o južnoafričkoj varijanti virusa B.1.1.529 koju je WHO nazvao Omicron s preko 50 novih mutacija od kojih 30 u proteinu Spike, što potencijalno može značiti i veću otpornost ovog soja na cjepiva iako podataka o tome još nema. Posebno je zabrinjavajuće što su te mutacije zapravo mješavina svega viđenog u dosadašnjim varijantama (od α do δ) a prisutne su i do sad nikad viđene mutacije. Pokazano je kako virus SARS-Cov-2 mutira brzinom od 2 mutacije na mjesec te je ovako veliki broj promjena vjerojatno morao nastati dugotrajnim razmnožavanjem virusa u imunokompromitiranoj osobi. U domeni bitnoj za vezanje virusa na stanicu ima 15 mutacija dok je delta soj imao svega 3 a pokazalo se kako je i to bilo dovoljno da smanji učinkovitost cjepiva.  Pfizer-BioNTech je stoga najavio preliminarno očitovanje za najviše dva tjedna dok naprave interne evaluacije i testiranja.

Ova je varijanta, prema nekim preliminarnim informacijama iz Južne Afrike, i vrlo zarazna, a prvi oboljeli već je zabilježen i u EU, u Belgiji. U manje od mjesec dana ova se varijanta proširila po Južnoj Africi, broj zaraženih je naglo porastao a omicron je postao nova dominantna varijanta virusa u populaciji. Iako postoje indicije da je ovo najzaraznija i najbrža verzija ovog virusa još nema indicija da je i patogenija i, unatoč doktrini da bi s vremenom virus trebao postajati sve benigniji, stvari mogu poći i u pogubnijem smjeru. Treba napomenuti veliku vjerojatnost da niti preboljeli neće imati imunitet na ovu varijantu virusa jer se u JAR pokazalo da je došlo do velikog broja reinfekcija.

Iz navedenog je jasno je da ako virusu ne pružimo mogućnost da se umnaža manje su šanse i da mutira i stvori nove funkcionalne varijante-sojeve. Ako se nekontrolirano širi kroz populaciju šanse za to se znatno povećavaju. Otuda mjere poput fizičke distance i izolacije i dalje imaju smisla dok god postoji velik broj necijepljenih. Iako i preboljeli gube imunitet a cijepljeni nisu apsolutno lišeni transmisije virusa, i jedna i druga grupacija su i dalje neusporedivo manji rizik za zajednicu od necijepljenih. O moralnoj dimenziji doprinosa pojedinca zajednici neću detaljizirati jer nije moja domena.