SARS-CoV-2-viruset har muterats. Aitor Diago/Moment via Getty Images

SARS-CoV-2-viruset har muterat snabbt. Det är ett bekymmer eftersom dessa fler överförbara varianter av SARS-CoV-2 finns nu i USA, Storbritannien och Sydafrika och andra länder, och många undrar om de nuvarande vaccinerna kommer att skydda mottagarna från viruset. Dessutom ifrågasätter många om vi kommer att kunna hålla sig före framtida varianter av SARS-CoV-2, som säkert kommer att uppstå.

I mitt laboratorium Jag studerar RNA-virusens molekylära struktur – som den som orsakar COVID-19 – och hur de replikerar och förökar sig i värden. När viruset infekterar fler människor och pandemin sprider sig fortsätter SARS-CoV-2 att utvecklas. Denna utvecklingsprocess är konstant och den tillåter viruset att prova sin miljö och välja förändringar som gör att det växer mer effektivt. Därför är det viktigt att övervaka virus för sådana nya mutationer som kan göra dem mer dödliga, mer överförbara eller både och.

Människor väntar på ett COVID-19-vaccin under Englands tredje nationella lockdown för att bromsa spridningen av coronavirus. Gareth Fuller/PA-bilder via Getty Images

RNA-virus utvecklas snabbt

Det genetiska materialet för alla virus är kodat i antingen DNA eller RNA; en intressant egenskap hos RNA-virus är att de förändras mycket snabbare än DNA-virus. Varje gång de gör en kopia av sina gener gör de ett eller några misstag. Detta förväntas inträffa många gånger i kroppen på en individ som är infekterad med COVID-19.

Man kan tycka att det är dåligt att göra fel i sin genetiska information – det är trots allt grunden för genetiska sjukdomar hos människor. För ett RNA-virus kan en enda förändring i dess genom göra det "dött". Det är inte så illa om du gör tusentals kopior inuti en infekterad mänsklig cell och ett fåtal inte längre är användbara.

Vissa genom kan dock ta upp en förändring som är fördelaktig för virusets överlevnad: Kanske gör förändringen att viruset kan undvika en antikropp – ett protein som immunsystemet producerar för att fånga virus – eller ett antiviralt läkemedel. En annan fördelaktig förändring kan tillåta viruset att infektera en annan typ av cell eller till och med en annan djurart. Detta är förmodligen vägen som tillät SARS-CoV-2 för att gå från fladdermöss till människor.

Varje förändring som ger virusets ättlingar en konkurrenskraftig tillväxtfördel kommer att gynnas – ”utvalda” – och börja växa ur det ursprungliga moderviruset. SARS-CoV-2 demonstrerar denna funktion nu med nya varianter som uppstår som har förbättrade tillväxtegenskaper. Att förstå arten av dessa förändringar i genomet kommer att ge forskare vägledning för att utveckla motåtgärder. Detta är det klassiska katt-och-råtta-scenariot.

Hos en infekterad patient finns hundratals miljoner enskilda viruspartiklar. Om du skulle gå in och plocka ut ett virus i taget hos den här patienten, skulle du hitta en rad mutationer eller varianter i mixen. Det är en fråga om vilka som har en tillväxtfördel – det vill säga vilka som kan utvecklas eftersom de är bättre än det ursprungliga viruset. Det är de som kommer att bli framgångsrika under pandemin.

Av de mutationer som har upptäckts, är en av dem särskilt oroande?

Varje enskild variant eller förändring av viruset är förmodligen inte så problematisk. En enda förändring i spikeproteinet – vilket är region av viruset som fäster till mänskliga celler – kommer förmodligen inte att vara ett stort hot när läkarkåren rullar ut vaccinerna.

Den nya varianten av SARS-CoV-2-coronaviruset, B.1.1.7., identifierades först i Storbritannien i december. Det röda föremålet är ett spikprotein från coronaviruset, och det interagerar med den (blå) ACE2-receptorn på den mänskliga cellen för att infektera den. Mutationerna av den nya varianten är märkta och visar deras position på spikeproteinet. Juan Gaertner / Science Photo Library via Getty Images

De nuvarande vaccinerna får immunsystemet att producera antikroppar som känner igen och riktar in sig på spikeproteinet på viruset, vilket är nödvändigt för att invadera mänskliga celler. Forskare har observerat ansamling av flera förändringar i spikeproteinet i den sydafrikanska varianten.

Dessa förändringar gör att till exempel SARS-CoV-2 kan fästa tätare till ACE2-receptorn och komma in i mänskliga celler mer effektivt, enligt preliminära opublicerade studier. Dessa förändringar kan göra det möjligt för viruset att infektera celler lättare och förbättra dess överföringsförmåga. Med flera förändringar i spikeproteinet kan vaccinerna inte längre ge ett starkt immunsvar mot dessa nya variantvirus. Det är ett dubbelt slag: ett mindre effektivt vaccin och ett mer robust virus.

Just nu behöver allmänheten inte bry sig om de nuvarande vaccinerna. De ledande vaccintillverkarna övervakar hur väl deras vacciner kontrollerar dessa nya varianter och är redo att justera vaccindesignen för att säkerställa att de kommer att skydda mot dessa nya varianter. Moderna har till exempel uppgett att man kommer att justera den andra eller boosterinjektionen för att närmare matcha sekvensen för den sydafrikanska varianten. Vi får bara vänta och se om överföringshastigheten kommer att sjunka när fler vaccineras.

Varför är sänkning av transmissionsnyckeln?

En minskning av överföringshastigheten innebär färre infektioner. Mindre virusreplikation leder till färre möjligheter för viruset att utvecklas hos människor. Med mindre möjlighet att mutera saktar utvecklingen av viruset ner och det finns en lägre risk för nya varianter.

Läkarkåren behöver göra en stor skjuts och få så många som möjligt vaccinerade och därmed skyddade. Om inte kommer viruset att fortsätta växa i ett stort antal människor och producera nya varianter.

Hur de nya varianterna är olika

Smakämnen Brittisk variant, känd som B.1.1.7., verkar binda hårdare till proteinreceptor som kallas ACE2, som är på ytan av mänskliga celler.

Jag tror inte att vi har sett tydliga bevis för att dessa virus är mer patogena, vilket betyder mer dödliga. Men de kan överföras snabbare eller mer effektivt. Det betyder att fler människor kommer att smittas, vilket leder till att fler kommer att läggas in på sjukhus.

[Djup kunskap, dagligen. Registrera dig för konversationens nyhetsbrev.]

Den sydafrikanska varianten, känd som 501.V2, har flera mutationer i genen som kodar för spikeproteinet. Dessa mutationer hjälpa viruset att undvika ett antikroppssvar.

Antikroppar har utsökt precision för sitt mål, och om målet ändrar form något, som med denna variant – som virologer kallar en flykt mutant – antikroppen kan inte längre binda tätt, eftersom den förlorar sin förmåga att skydda.

Varför måste vi övervaka mutationer?

Vi vill försäkra oss om att de diagnostiska testerna upptäcker alla virus. Om det finns mutationer i virusets arvsmassa kan det hända att en antikropp eller ett PCR-test inte kan upptäcka det lika effektivt eller alls.

För att vara säkra på att vaccinet kommer att vara effektivt måste forskarna veta om viruset utvecklas och flyr de antikroppar som utlöstes via vaccinet.

En annan anledning till att det är viktigt att övervaka nya varianter är att personer som har blivit smittade kan bli infekterade igen om viruset har muterats och deras immunförsvar inte kan känna igen det och stänga av det.

Det bästa sättet att leta efter nya varianter i befolkningen är att göra slumpmässig sekvensering av SARS-CoV-2-virus från patientprover över olika genetiska bakgrunder och geografiska platser.

Ju mer sekvenseringsdata forskarna samlar in, desto bättre vaccinutvecklare kommer att kunna svara före stora förändringar i viruspopulationen. Många forskningscentra runt om i USA och världen är utökar sina sekvenseringsmöjligheter för att uppnå detta.

Om författaren

Richard Kuhn, professor i biologiska vetenskaper, Purdue University

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

Relaterade böcker:

Kroppen håller poängen: Hjärnans själ och kropp i läkningen av trauma

av Bessel van der Kolk

Den här boken utforskar sambanden mellan trauma och fysisk och mental hälsa, och erbjuder insikter och strategier för läkning och återhämtning.

Klicka för mer info eller för att beställa

Breath: The New Science of a Lost Art

av James Nestor

Den här boken utforskar vetenskapen och praktiken av andning, och erbjuder insikter och tekniker för att förbättra fysisk och mental hälsa.

Klicka för mer info eller för att beställa

Växtparadoxen: de dolda farorna i "hälsosam" mat som orsakar sjukdomar och viktökning

av Steven R. Gundry

Den här boken utforskar kopplingarna mellan kost, hälsa och sjukdomar, och erbjuder insikter och strategier för att förbättra övergripande hälsa och välbefinnande.

Klicka för mer info eller för att beställa

Immunitetskoden: Det nya paradigmet för verklig hälsa och radikal anti-aging

av Joel Greene

Den här boken erbjuder ett nytt perspektiv på hälsa och immunitet, som bygger på principer för epigenetik och erbjuder insikter och strategier för att optimera hälsa och åldrande.

Klicka för mer info eller för att beställa

Den kompletta guiden till fasta: läka din kropp genom intermittent, varannan dag och förlängd fasta

av Dr Jason Fung och Jimmy Moore

Den här boken utforskar vetenskapen och praktiken av fasta och erbjuder insikter och strategier för att förbättra övergripande hälsa och välbefinnande.

Klicka för mer info eller för att beställa