Cum evoluează virușii?

În timp ce cazurile de coronavirus continuă să crească în întreaga lume, oamenii de știință și factorii de decizie politică depun eforturi susținute pentru a atenua această amenințare la adresa sănătății publice. Primele cazuri în care a fost implicat un nou coronavirus – SARS-CoV-2, sau boala denumită COVID-19 – au apărut în Wuhan, China, în decembrie 2019, dar virusul s-a răspândit rapid de atunci, ceea ce a stârnit îngrijorări semnificative cu privire la implicațiile sale asupra sănătății umane.

Cel mai recent cunoscut pentru a infecta oamenii, SARS-CoV-2 face parte din aceeași familie cu coronavirusurile care au provocat sindromul respirator acut sever (SARS) în 2003 și sindromul respirator din Orientul Mijlociu (MERS) în 2012. Deși rata actuală a mortalității este mai mică decât în cazul MERS sau SARS, această boală s-a răspândit deja la mai multe persoane și a provocat mai multe decese. În același timp, alți viruși, cum ar fi gripa – cunoscută sub numele de gripă – continuă să evolueze, să se adapteze și să infecteze milioane de oameni în fiecare an, ceea ce face ca abilitatea de a dezvolta vaccinuri eficiente să fie extrem de importantă.

Courtesy of Marta Łuksza

În lucrarea sa, Marta Łuksza, bursieră biomedicală Pew 2019 și informatician, explorează modul în care interacțiunile imune conduc evoluția virusului gripal. Łuksza este, de asemenea, profesor asistent la Icahn School of Medicine din cadrul Mount Sinai Health System din New York. Ea a discutat recent cu Pew pentru a ajuta la punerea în context a răspândirii virale. Acest interviu a fost editat pentru claritate și lungime.

Q. Ce este un coronavirus?

A. Coronavirusurile sunt o familie de virusuri care provoacă simptome de boli respiratorii la om, asemănătoare gripei sau răcelii obișnuite. Găsite adesea la lilieci și alte mamifere sau păsări, coronavirusurile se pot dovedi periculoase atunci când sunt transmise între animale și oameni.

Q. Cum apare pentru prima dată un virus?

A. Un virus poate apărea pentru prima dată la om după o interacțiune întâmplătoare cu o gazdă animală, în timpul căreia o persoană se infectează. În multe cazuri, virusurile se transmit doar de la animale la oameni, dar nu pot fi transmise de la un om la altul. Cu toate acestea, în cazuri rare, virusul poate supraviețui transmiterii între oameni.

Medicii și alți profesioniști din domeniul sănătății identifică pentru prima dată un nou virus după ce au făcut teste pentru boli cunoscute și nu au găsit nicio potrivire. Dacă nu pot atribui virusul prin teste la markerii proteici cunoscuți sau la materialul genetic al unui anumit virus și există un număr din ce în ce mai mare de cazuri similare, acest lucru poate indica ceva nou, cum ar fi virusul SARS-CoV-2 identificat recent.

Q. De ce unii viruși par să se răspândească mai mult decât alții?

A. Atât factorii biologici, cât și cei demografici pot facilita răspândirea virală. Din punct de vedere biologic, dacă un anumit virus este capabil să infecteze organismul prin puncte de intrare accesibile, cum ar fi celulele epiteliale din nas, acesta poate pătrunde în tractul respirator și se poate răspândi relativ ușor. Atunci când o persoană tușește sau strănută, virusul poate circula în aer și pe suprafețe. Răspândirea virală poate depinde, de asemenea, de rapiditatea cu care un virus este capabil să se reproducă, dispersându-se astfel în alte părți ale corpului sau la noi gazde. Din punct de vedere demografic, populațiile dense, în care oamenii trăiesc în imediata apropiere, sunt mai susceptibile de a se confrunta cu o răspândire rapidă a virusului decât populațiile care sunt rare.

Q. De ce răspund oamenii în mod diferit la o infecție virală?

A. Sistemul imunitar al oamenilor are amintiri ale unor infecții anterioare care afectează modul în care vor răspunde la un virus. Pentru a preveni infecția odată ce organismul a fost expus la un virus, acesta produce proteine numite anticorpi care identifică și neutralizează potențialele amenințări. De exemplu, atunci când oamenii contractează gripa, probabil că au acumulat un anumit grad de imunitate datorită expunerii anterioare, inclusiv a vaccinului antigripal. În cazul unui nou coronavirus, sistemul imunitar nu a mai văzut acest virus înainte, iar răspunsul adaptativ este mai lent.

Q. Care este procesul de dezvoltare a unui nou vaccin?

A. În primul rând, cercetătorii trebuie să izoleze virusul și să identifice antigenele sale – proteinele virale care servesc drept cele mai bune ținte ale vaccinului – împotriva cărora este probabil ca sistemul imunitar să creeze anticorpi pentru a apăra organismul de infecție. Cu toate acestea, fiecare virus este diferit și necesită creșterea și testarea ulterioară într-un laborator, unde se utilizează o serie de tehnologii de producție. În prezent, există trei platforme pentru dezvoltarea vaccinului antigripal, inclusiv creșterea virusului în ouă de găină, în celule de mamifere sau creat sintetic din secvența de ADN a tulpinii candidate la vaccin. Pentru un vaccin împotriva unui agent patogen nou apărut, următorul pas este reprezentat de testele clinice, în timpul cărora se testează siguranța, inclusiv posibilele efecte secundare, și eficacitatea.

Pentru mulți agenți patogeni, de exemplu virusul rujeolei, vaccinul nu trebuie modificat în viitor și rămâne eficient în timp. Dar alți agenți patogeni, cum ar fi virusul gripal, au capacitatea de a scăpa de recunoașterea vaccinului prin dobândirea de noi mutații în antigenele sale. Acesta este motivul pentru care o evaluare bianuală a vaccinului antigripal este esențială – pentru a actualiza antigenele conținute în vaccin.

Cercetătorii, printre care mă număr și eu, colaborează cu organizații precum Organizația Mondială a Sănătății și participă la consultări bianuale pentru a ajuta la selectarea vaccinurilor antigripale pentru emisfera nordică și cea sudică. Pe baza datelor publice disponibile privind secvențele genetice ale gripei de la persoane din întreaga lume, cercetătorii recreează evoluția virusurilor pentru a vedea ce mutații au apărut și cât de frecvent circulă. Datele antigenice – informații legate de anticorpii care sunt declanșați în organism prin expunerea la diferiți markeri proteici de pe un virus – ajută, de asemenea, laboratoarele să caracterizeze proliferarea virală și cât de bine blochează vaccinurile virusul. Acest lucru este esențial pentru a-i ajuta pe oficialii din domeniul sănătății publice să determine modul în care bolile infecțioase se dispersează la nivel global și între continente.

Q. Ne puteți spune mai multe despre cercetările dumneavoastră?

A. Mă concentrez în principal asupra evoluției virusului gripal și a cancerului, care sunt ambele afectate de interacțiunile cu sistemul imunitar. În rolul meu de informatician, lucrez la dezvoltarea de modele și instrumente software care agregă date pentru a determina avantajul de fitness al unui virus – condițiile în care un virus scapă de un răspuns imunitar.

Pentru vaccinul antigripal, acest lucru ne permite să prezicem mai bine care dintre tulpinile și mutațiile care co-circulă vor fi cele mai frecvente de la un sezon la altul. Echipa mea a inițiat o clasă de modele de prognoză pentru a descrie mai bine mecanismele de recunoaștere imunitară. Aceste modele evaluează, de asemenea, modul în care istoricul diferitelor tulpini virale într-o anumită perioadă de timp modelează peisajul viitor pentru evadarea antigenică a unui virus, sau atunci când sistemul imunitar nu poate recunoaște și nici elimina un agent infecțios. În prezent, ne concentrăm asupra interacțiunilor din cadrul proteinelor hemaglutinină și neuraminidază ale gripei, care sunt responsabile, respectiv, de inițierea unei infecții și apoi de replicarea și răspândirea virală.

Un alt proiect interesant în care sunt implicat este dezvoltarea unui vaccin antigripal universal, care ar viza părți ale unui virus care nu se schimbă sau nu suferă mutații în timp. Odată ce vom reuși să identificăm cu succes regiunile țintă pentru acest vaccin, acesta ar putea fi capabil să acopere mult mai multe tulpini ale virusului gripal și să salveze mii de vieți în plus în fiecare an.