Jak przypadki koronawirusów nadal rosną na całym świecie, naukowcy i decydenci gorliwie pracują nad złagodzeniem tego zagrożenia dla zdrowia publicznego. Pierwsze przypadki z udziałem nowego koronawirusa – SARS-CoV-2 lub choroby o nazwie COVID-19 – pojawiły się w Wuhan w Chinach w grudniu 2019 r., ale od tego czasu wirus szybko się rozprzestrzenił, budząc poważne obawy o jego wpływ na zdrowie ludzi.
Ostatni znany do zakażania ludzi, SARS-CoV-2 jest w tej samej rodzinie co koronawirusy, które spowodowały ciężki ostry zespół oddechowy (SARS) w 2003 r. i zespół oddechowy Bliskiego Wschodu (MERS) w 2012 r. Chociaż obecny wskaźnik śmiertelności jest niższy niż w przypadku MERS lub SARS, choroba ta rozprzestrzeniła się już na większą liczbę osób i spowodowała więcej zgonów. Jednocześnie inne wirusy, takie jak grypa, nadal ewoluują, dostosowują się i zarażają miliony ludzi każdego roku, co sprawia, że zdolność do opracowania skutecznych szczepionek jest niezwykle ważna.
W swojej pracy Marta Łuksza, stypendystka biomedyczna Pew 2019 i informatyk, bada, w jaki sposób interakcje immunologiczne napędzają ewolucję wirusa grypy. Łuksza jest również adiunktem w Icahn School of Medicine w Mount Sinai Health System w Nowym Jorku. Niedawno rozmawiała z Pew, aby pomóc wyjaśnić rozprzestrzenianie się wirusa w kontekście. Ten wywiad został zredagowany dla jasności i długości.
- Q. Co to jest koronawirus?
- Pytanie. Jak po raz pierwszy pojawia się wirus?
- Q. Dlaczego niektóre wirusy wydają się rozprzestrzeniać szerzej niż inne?
- Q. Dlaczego ludzie różnie reagują na infekcje wirusowe?
- Q. Jak wygląda proces tworzenia nowej szczepionki?
- Q. Czy może nam Pan powiedzieć więcej o swoich badaniach?
Q. Co to jest koronawirus?
A. Koronawirusy to rodzina wirusów, które powodują objawy choroby układu oddechowego u ludzi, podobne do grypy lub zwykłego przeziębienia. Często spotykane u nietoperzy i innych ssaków lub ptaków, koronawirusy mogą okazać się niebezpieczne, gdy są przenoszone między zwierzętami i ludźmi.
Pytanie. Jak po raz pierwszy pojawia się wirus?
A. Wirus może pojawić się u człowieka po raz pierwszy po przypadkowej interakcji z żywicielem zwierzęcym, podczas której osoba zostaje zakażona. W wielu przypadkach wirusy przenoszą się tylko ze zwierząt na ludzi, ale nie mogą być przenoszone z jednego człowieka na drugiego. W rzadkich przypadkach wirus może jednak przetrwać transmisję między ludźmi.
Lekarze i inni pracownicy służby zdrowia najpierw identyfikują nowego wirusa po przeprowadzeniu testów na znane choroby i stwierdzeniu braku zgodności. Jeśli nie mogą przypisać wirusa poprzez testy do znanych markerów białkowych lub materiału genetycznego konkretnego wirusa, a liczba podobnych przypadków rośnie, może to wskazywać na coś nowego, takiego jak niedawno zidentyfikowany wirus SARS-CoV-2.
Q. Dlaczego niektóre wirusy wydają się rozprzestrzeniać szerzej niż inne?
A. Zarówno czynniki biologiczne, jak i demograficzne mogą ułatwiać rozprzestrzenianie się wirusów. Z biologicznego punktu widzenia, jeżeli dany wirus jest w stanie zainfekować organizm przez dostępne punkty wejścia, takie jak komórki nabłonka w nosie, może on przedostać się do dróg oddechowych i stosunkowo łatwo się rozprzestrzenić. Kiedy osoba kaszle lub kicha, wirus może krążyć w powietrzu i na powierzchniach. Rozprzestrzenianie się wirusa zależy również od tego, jak szybko wirus jest w stanie się replikować, rozprzestrzeniając się w ten sposób na inne części ciała lub na nowych gospodarzy. Z demograficznego punktu widzenia, gęste populacje, w których ludzie żyją w bliskim sąsiedztwie są bardziej narażone na szybkie rozprzestrzenianie się wirusa niż populacje, które są rzadkie.
Q. Dlaczego ludzie różnie reagują na infekcje wirusowe?
A. Układy odpornościowe ludzi mają wspomnienia z poprzednich infekcji, które wpływają na ich reakcję na wirusa. Aby zapobiec infekcji, kiedy organizm jest już narażony na kontakt z wirusem, wytwarza białka zwane przeciwciałami, które identyfikują i neutralizują potencjalne zagrożenia. Na przykład, gdy ludzie chorują na grypę, prawdopodobnie wytworzyli pewien stopień odporności dzięki wcześniejszemu narażeniu, w tym dzięki szczepionce przeciw grypie. W przypadku nowego koronawirusa układ odpornościowy nie spotkał się wcześniej z tym wirusem, a odpowiedź adaptacyjna jest wolniejsza.
Q. Jak wygląda proces tworzenia nowej szczepionki?
A. Po pierwsze, badacze muszą wyizolować wirusa i zidentyfikować jego antygeny – białka wirusowe, które służą jako najlepsze cele szczepionki – przeciwko którym układ odpornościowy prawdopodobnie wytworzy przeciwciała, aby bronić organizm przed infekcją. Każdy wirus jest jednak inny i wymaga dalszego wzrostu i testowania w laboratorium, gdzie stosuje się szereg technologii produkcji. Obecnie istnieją trzy platformy rozwoju szczepionki przeciwko grypie, w tym hodowla wirusa w kurzych jajach, w komórkach ssaków lub tworzenie go syntetycznie z sekwencji DNA szczepu kandydującego do szczepionki. W przypadku szczepionki przeciwko nowopowstałemu patogenowi kolejnym etapem są badania kliniczne, podczas których testuje się bezpieczeństwo, w tym możliwe skutki uboczne, oraz skuteczność.
W przypadku wielu patogenów, na przykład wirusa odry, szczepionka nie musi być modyfikowana w przyszłości i pozostaje skuteczna przez długi czas. Jednak inne patogeny, takie jak wirus grypy, mają zdolność ucieczki przed rozpoznaniem przez szczepionkę poprzez nabywanie nowych mutacji w swoich antygenach. Dlatego właśnie konieczna jest przeprowadzana co dwa lata ocena szczepionki przeciw grypie – aktualizacja zawartych w niej antygenów.
Badacze, w tym ja, współpracują z organizacjami takimi jak Światowa Organizacja Zdrowia i uczestniczą w odbywających się co dwa lata konsultacjach, aby pomóc w wyborze szczepionek przeciwko grypie dla półkuli północnej i południowej. W oparciu o publicznie dostępne dane dotyczące sekwencji genetycznej grypy, pochodzące od osób z całego świata, badacze odtwarzają ewolucję wirusów, aby sprawdzić, jakie mutacje wystąpiły i jak często są w obiegu. Dane antygenowe – informacje związane z przeciwciałami, które są wyzwalane w organizmie przez kontakt z różnymi markerami białkowymi wirusa – również pomagają laboratoriom scharakteryzować rozmnażanie się wirusa i to, jak dobrze szczepionki blokują wirusa. Ma to kluczowe znaczenie dla urzędników zajmujących się zdrowiem publicznym w określaniu, w jaki sposób choroby zakaźne rozprzestrzeniają się globalnie i na różnych kontynentach.
Q. Czy może nam Pan powiedzieć więcej o swoich badaniach?
A. Skupiam się głównie na ewolucji wirusa grypy i raka, na które wpływają interakcje z układem odpornościowym. Jako informatyk pracuję nad rozwojem modeli i narzędzi programowych, które gromadzą dane w celu określenia przewagi kondycyjnej wirusa – warunków, w których wirus unika odpowiedzi immunologicznej.
W przypadku szczepionki przeciw grypie pozwala nam to lepiej przewidywać, które ze współwystępujących szczepów i mutacji będą najczęściej występować w kolejnych sezonach. Mój zespół opracował klasę modeli prognostycznych, aby lepiej opisać mechanizmy rozpoznawania przez układ odpornościowy. Modele te oceniają również, w jaki sposób historia różnych szczepów wirusowych w danym okresie czasu kształtuje przyszły krajobraz ucieczki antygenowej wirusa, czyli sytuacji, w której układ odpornościowy nie jest w stanie rozpoznać ani wyeliminować czynnika zakaźnego. Obecnie skupiamy się na interakcjach w obrębie białek hemaglutyniny i neuraminidazy wirusa grypy, które są odpowiedzialne odpowiednio za inicjację infekcji, a następnie replikację i rozprzestrzenianie się wirusa.
Innym ekscytującym projektem, w który jestem zaangażowany, jest opracowanie uniwersalnej szczepionki przeciwko grypie, która byłaby ukierunkowana na te części wirusa, które nie ulegają zmianom ani mutacjom w czasie. Gdy uda nam się zidentyfikować regiony docelowe dla tej szczepionki, będzie ona w stanie objąć o wiele więcej szczepów wirusa grypy i uratować tysiące istnień ludzkich każdego roku.