Vzniká očkování proti mutacím koronaviru, ukazuje budoucnost

TLDR: Mutací nového koronaviru přibývá, nic jiného ale nešlo čekat. Právě sledování mutací nám však proti němu může nabídnout efektivnější zbraně. Zdroje tu a tu.

Jak rychle virus mutuje?

Téma mutací koronaviru jde dnes do popředí s tím, jak hrozí, že další a další mutace sníží efektivitu vyvinutých vakcín. Tuší se například, že AstraZeneca je proti tzv. jihoafrické mutaci již méně efektivní. A lze očekávat, že další mutace můžou v horizontu měsíců až let snižovat efektivitu i nadále. Co s tím? Odpověď se pojí s důvody toho, proč mutace vznikají – a proč je důležité jejich šíření sledovat. Dejme si tedy menší přehlídku otázek pojících se jak obecně s viry, tak i novým koronavirem samotným.

RNA viry, mezi které patří také dnes známý koronavirus SARS-CoV-2, jsou efektivní díky velmi rychlé obměně generací, velikosti populace a v neposlední řadě schopnosti tvořit hodně mutací. Co se mutací týče, tak koronavirus mutuje pomaleji než většina jiných RNA virů. To je dáno jeho velikostí a víme to už rok. Virus SARS-CoV-2 akumuluje ve svém genomu průměrně dvě jednopísmenné mutace za měsíc. Pro představu dva viry SARS-CoV-2 z různých koutů světa se liší průměrně jen 10 písmeny RNA z 29 903 písmen.

Tvrzení některých českých diagnostiček, že dnes v Česku řádí „jiný vir než vloni“, je tedy poněkud nonsense. Ale pojďme dále.

Zdroj: Jake Clark, CC BY, vlastní
Zdroj: Jake Clark, CC BY, vlastní

Proč virus mutuje?

Koronaviry řadíme do třídy obalených ss+ RNA virů. Co to znamená? Virus sám o sobě je tvořen jedním vláknem RNA (celá genetická výbava viru) a proteinovým pouzdrem (kapsidou). Od hostitelské buňky si natrvalo půjčuje lipidový obal. Vlákno virové RNA se v cytoplasmě hostitelské buňky potřebuje množit. K tomuto kroku virus používá důmyslné nástroje – enzymy. Klíčovým enzymem je RNA polymeráza, která začne v cytoplasmě hostitelské buňky vlákno virové RNA množit. V cytoplasme hostitelské buňky tak přibývá množství nových vláken virové RNA.

Aby vznikl opět infekční RNA virus, musí ještě dojít k vytvoření proteinového pouzdra. Syntéza všech potřebných proteinů probíhá překladem virové RNA do řetězce aminokyselin vlastními buněčnými prostředky. Při kopírování RNA a vzniku nových molekul RNA můžou vznikat chyby. Náhodně se zaměňují písmenka (nukleotidy) v řetězci RNA. Někdy se může několik písmen ztratit nebo několik písmen přidat. Když si představíme genetickou informaci jako řadu slov, tak porušením písmene může být změněn smysl, ale někdy se smysl zachová.

I proto je zcela běžné, že nezávisle na sobě vznikají mutace, které mají stejný efekt. Jinak řečeno, když známe jednu novou mutaci, zvyšuje se šance, že jich v reálu díky tomu „dopředu“ známe vícero.

Zdroj: vlastní

Jsou mutace jen prospěšné?

RNA v buňce slouží jako jakýsi provozní výkres, a proto buňka nedisponuje mechanismy opravy RNA. Jednou změněný informační obsah zůstává neodhalen a neopraven. Toto je důvod, proč RNA viry, jejichž genetická informace je po celou dobu jejich životního cyklu zapsána v RNA, mutují poměrně rychle.

Hlavní brzdou vzniku nových variant viru je to, že velká část mutací vede ke vzniku neživotaschopného viru, nebo viru, který má shodné vlastnosti se svým předkem. I lidí mutace v lidské DNA můžou například vést k rozvoji rakovin spíše než superschopnostem. Viry jsou daleko méně komplexní než lidé, ale i zde mutace můžou vést spíše k zániku než prospěšné mutaci.

Protože jedna napadená buňka může vytvořit obrovský počet dceřiných virů, není relativně vysoký podíl mutací, které nově vzniklý virus poškozují, problém. Část nově vzniklých virů je bez chyb, nese neutrální mutace, nebo vzácně nese mutace, které znamenají výhodu ve srovnání s mateřským virem.

LMB joins the fight against COVID-19 - MRC Laboratory of Molecular Biology
Zdroj: MRC Lab of Molecular Biology

Jak se mutace koronaviru liší?

Mutace se v jednotlivých liniích hromadí, což vede ke vzniku tzv. varianty viru, který má pak své charakteristické vlastnosti. Díky „dědění“ mutací nyní můžeme popsat variantu britskou, jihoafrickou, brazilskou, kalifornskou, které nesou odlišné mutace dodávající variantě úspěšnější strategii. Udává se například, že britská varianta koronaviru je zhruba o 50 % infekčnější, než původní. Brazilská a jihoafrická varianta by mohly být více či méně rezistentní vůči imunitní paměti vzniklé ať už očkováním, nebo přirozenou infekcí. Ve hře je také označení pro variantu českou či československou (B.1.258).

Zvýhodňující mutace nejsou příliš běžné, většina mutací je znevýhodňujících nebo pro virus smrtící. Protože je vznik mutací náhodný proces, mohou se tytéž mutace objevit opakovaně v různých virových liniích. Jak jsme již řekli, právě to znamená, že i když se hromaděním neutrálních a zvýhodňujících mutací vir jako biologický druh rozrůzňuje a větví do různých linií, tak zvýhodňující mutace se mohou objevit nezávisle na sobě v různých liniích. Když známe jednu mutaci, je vyšší šance, že jich reálně známe více. K čemu to je?

Jak lze mutace sledovat?

Jednou ze strategií vědců je co nejrychleji odhalit přesná místa nových mutací a pokusit se interpretovat, co konkrétní mutace viru umožní dělat. Uveďme si například mutace Q677P a Q677H (toto startrekovské označení je přesný popis toho, jak se změnil smysl genetické informace viru) zjištěné na konci roku 2020 v Novém Mexiku a Louisianě, které se pravděpodobně šíří po celých Spojených státech. V obou mutacích došlo ke změně na 677. aminokyselině spike proteinu, která by nejspíš usnadnila vstup koronaviru do buňky, čímž se zvýší infekčnost.

Dalším příkladem je mutace N501Y. Tato mutace vznikla náhodně ve vícero liniích i variantách (britské i jihoafrické). K mutaci došlo v receptorové vazebné doméně spike proteinu. O této mutaci se předpokládá, že může viru pomoci se pevněji zachytit na buněčné membráně lidských buněk. Taková plasticita dává příslušným variantám výhodu, aby uspěly a udržely se v lidské populaci.

K evidenci různých kmenů je samozřejmě nutné je ale správně sledovat skrze PCR testování. Pokud se tak děje na mezinárodní úrovni, vzniká potenciální balík dat toho, které mutace se stávají dominantními, a to nám více říká o chování viru – které lze obrátit časem proti němu.

Takhle vypadá rodinka kmenů koronaviru. Není to zrovna jednoduché čtení, co? Zdroj: Nextstrain Graphic
Takhle vypadá rodinka kmenů koronaviru. Není to zrovna jednoduché čtení, co? Zdroj: Nextstrain Graphic

Covid není konec

Člověk je druh přemnožený, sociální a v některých směrech nepoučitelný, takže pro viry je také ideální hostitel. Vědci nyní mohou sledovat evoluční teorii v každodenní praxi. Z tohoto sledování je ovšem větší užitek než jen akademické uspokojení z poznání zákonitostí světa.

Protože je množství zvýhodňujících variant omezené, lze očekávat výskyt úspěšných mutací v různých liniích. To umožňuje předvídat a připravovat se na možné kombinace vlastností virů. U koronavirů se dostává do praxe nejnovější typ vakcíny – RNA vakcíny. Stavebnicový charakter této vakcíny umožňuje plně využít znalostí evolučního chování koronaviru při návrhu vakcín cílených na budoucí vznikající varianty.

Právě tohle se již začalo dít skrze oznámení o vývoji upravené mRNA vakcíny společnosti Moderna. Její upravená očkovací látka mRNA-1273.351 cílí na na S-protein tzv. jihoafrické mutace koronaviru. Lze očekávat, že nás brzy čeká tradiční kolečko testů této vakcíny a v případě úspěchu i její budoucí nasazení proti novým kmenům. Jde ale jen o záblesk toho, jak bude budoucnost vakcinace proti covidu vypadat.

Jinými slovy, víme už, že nynější vakcíny fungují pro redukci hospitalizací i velmi pravděpodobně infekčnosti. Ale zatímco dnes se vakcíny typicky zaměřují na S-protein, který je proměnlivý, budoucí vakcíny se budou moct zaměřit na jiné, méně proměnlivé a/nebo různým druhům společné proteiny – alternativně na proteiny, které dominantní ještě nejsou, ale budou. Stejně je tomu ostatně u chřipkových vakcín, které také „vznikají dopředu“.

Tím by se zajistilo, že budoucí terapeutika či očkování postihnou i různékmeny, a tak efektivněji z covidu udělají marginální zdravotní problém.

[Aneta Pierzyna et al, Ladislav Loukota]

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je vedatororg@seznam.cz

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Reklama