Συσχέτιση μεταξύ ορισμένων μεταλλάξεων του Κορωνοϊού και της σοβαρότητας της νόσου COVID-19.
Η ανάλυση του γονιδιώματος χιλιάδων ιών SARS-CoV-2 έδειξε ότι ομαδοποιούνται σε έξι κλάδους (Ι-VI). Διαπιστώθηκε σχέση μεταξύ μεταλλάξεων του κορωνοϊού SARS-CoV-2 και της σοβαρότητας της νόσου COVID-19 σε παιδιά και ενηλίκους. Η μεταλλαγή D641G (Α23403G) σχετίζεται με αυξημένη πολλαπλασιαστική ικανότητα και αυξημένη μολυσματικότητα του ιού, αλλά όχι με αυξημένη θνησιμότητα. Λόγω της μετάλλαξης αυξήθηκαν οι μολύνσεις στα παιδιά από 1,7% τον Απρίλιο σε 7,7% τον Αύγουστο του 2020. Τέλος, στελέχη του κλάδου VI του κορωνοϊού που φέρουν τρεις τουλάχιστον μεταλλάξεις [(P4715L (C3037T), P4715L (C14408T) και Α23403G)] τείνουν να επικρατήσουν παγκόσμια και έχουν συσχετιστεί με σοβαρή κλινική πορεία.
Όσον αφορά τα παιδιά, γίνεται σαφές ότι η νόσος COVID-19 επηρεάζει πλέον περισσότερα παιδιά τους τελευταίους μήνες, καθώς τα περιστατικά αυξήθηκαν από 1,7% τον Απρίλιο του 2020 σε 7,7% τον Αύγουστο του 2020 στις ΗΠΑ (υπάρχουν πολλά παραδείγματα μολυσμένων παιδιών με τον κορωνοϊό και στη χώρα μας). Ωστόσο, υπάρχουν λίγες πληροφορίες σχετικά με τον ιό SARS-CoV-2, τον ιό που προκαλεί την ασθένεια COVID-19, σε παιδικούς πληθυσμούς. Επιστήμονες στο Παιδιατρικό Νοσοκομείο του Λος Άντζελες στην Καλιφόρνια δημοσίευσαν (1) τη μεγαλύτερη μελέτη COVID-19 σε παιδιά μέχρι σήμερα, υποδεικνύοντας, για πρώτη φορά, μια πιθανή συσχέτιση μεταξύ συγκεκριμένων ιογενών μεταλλάξεων του κορωνοϊού και της σοβαρότητας της νόσου COVID-19.
Η νόσος COVID-19 δεν είναι γενετική ασθένεια, αλλά μολυσματική, παρόλα αυτά η γενετική σύσταση (DNA) του ξενιστή/ανθρώπου, καθώς και η γενετική σύσταση (RNA) του ιού SARS-CoV-2 μάλλον διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην εξάπλωσή του και στη σοβαρότητα των κλινικών συμπτωμάτων της νόσου COVID-19. Ειδικότερα, μεταλλάξεις (λάθη) στο γονιδίωμα (RNA) του ιού μπορούν να επηρεάσουν τον τρόπο μετάδοσης του ιού και να διαδραματίσουν κρίσιμο ρόλο στη σοβαρότητα της νόσου COVID-19. Η κατανόηση αυτών των συσχετίσεων είναι ζωτικής σημασίας για την αντιμετώπιση/καταπολέμηση αυτής της πανδημίας.
Ο ιός SARS-CoV-2 είναι γενετικά ασταθής, και κατά τη διάρκεια του πολλαπλασιασμού του δημιουργούνται αρκετές μεταλλάξεις, παρά το γεγονός ότι έχει μηχανισμό επιδιόρθωσης των λαθών. Οι περισσότερες από τις μεταλλάξεις που συμβαίνουν στο RNA του ιού SARS-CoV-2 είναι ασήμαντες ή μπορούν ακόμη και να τον εξασθενίσουν. Ωστόσο, ορισμένες μεταλλάξεις θα μπορούσαν να αλλάξουν την πορεία της πανδημίας. Για παράδειγμα, μια μετάλλαξη που ονομάζεται D614G (κλάδος VI) στο γονίδιο που καθορίζει την πρωτεΐνη της ακίδας του ιού μπορεί να συμβάλει στην αυξημένη μεταδοτικότητά του από άτομο σε άτομο. Στην αρχή της πανδημίας (η μετάλλαξη εμφανίστηκε στην Ευρώπη τον Φεβρουάριο 2020), η μετάλλαξη D614G αντιπροσώπευε ένα μικρό ποσοστό δειγμάτων SARS-CoV-2, αλλά έκτοτε έχει αυξηθεί τόσο πολύ που σχεδόν ήταν η επικρατούσα (συχνότητα 74%) μέχρι τον Ιούνιο/Ιούλιο του 2020.
Αυτό που δεν γνωρίζαμε είναι εάν αυτή η μετάλλαξη ή άλλες μεταλλάξεις πόσο σοβαρά επηρεάζουν τα κλινικά συμπτώματα ενός ασθενούς. Σε εργασία (1) οι επιστήμονες διερεύνησαν τις σχέσεις μεταξύ ιογενών γενετικών παραλλαγών και κλινικών χαρακτηριστικών σε παιδιά και ενήλικες.
ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ.
Η ερευνητική ομάδα αλληλούχισε του γονιδίωμα του ιού σε 141 παιδιά (μέση ηλικία τα 8,3 χρόνια, 52% αγόρια, ενώ μόνο 13,4% είχε υποκείμενο νόσημα), που ήταν φορείς του νέου κορωνοϊού. 11,4% των φορέων χρειάστηκε νοσοκομειακή περίθαλψη. Αφού εντοπίστηκαν οι ιογενείς γενετικές παραλλαγές στο γονιδίωμα του ιού SARS-CoV-2, έπειτα συσχετίστηκαν με τη σοβαρότητα των κλινικών συμπτωμάτων της ασθένειας.
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ.
Υψηλότερο ιικό φορτίο ανιχνεύθηκε σε συμπτωματικούς ενήλικες ασθενείς και σε παιδιά ηλικίας μεγαλύτερης των <5 ετών. Η μετάλλαξη D614G στην πρωτεΐνη της ακίδας του ιού υπήρχε στο 99,3% των περιπτώσεων, δηλ. σχεδόν κάθε δείγμα περιείχε και την αλληλουχία της μετάλλαξης (συχνότητα της μετάλλαξης 10% τον Φεβρουάριο, 65% τον Μάρτιο και 96% τον Ιούνιο). Ο ρόλος της μετάλλαξης D614G στην παθογένεια του SARS-CoV-2 εξακολουθεί να αποτελεί επίκεντρο της έρευνας. Ενώ ορισμένες μελέτες δείχνουν ότι αυτή η μετάλλαξη μπορεί να αυξήσει το ιικό φορτίο, καθώς και τη μεταδοτικότητα του κορωνοϊού μέχρι 10 φορές, σε αυτήν την παιδιατρική ομάδα, η μετάλλαξη αυτή δεν φαίνεται να είναι ο πρωταρχικός παράγοντας της σοβαρότητας της νόσου, καθώς υπήρχε σε όλο το φάσμα της νόσου, που κυμαίνεται από ασυμπτωματικά παιδιά έως παιδιά με σοβαρά κλινικά συμπτώματα.
Η ανάλυση του γονιδιώματος χιλιάδων ιών SARS-CoV-2 έδειξε ότι ομαδοποιούνται σε έξι κλάδους (Ι-VI). H μετάλλαξη D614G (κλάδος VI) αναφέραμε ότι αυξάνει τη μολυσματικότητα του SARS-CoV-2. Ωστόσο, σε νέα μελέτη (2) διαπιστώθηκε ότι στελέχη του ιού που φέρουν τη μοναδική αλλαγή (A23403G), αλλά όχι και τις άλλες δύο γενετικές σημάνσεις (C3037T και C14408T) αρχίζουν να μην είναι πλέον κυρίαρχα. Αυτό δείχνει ότι εάν η μελέτη εστιαστεί μόνο στη μετάλλαξη D614G μπορεί να μην επαρκεί και πρέπει να εξετάζονται και οι άλλες δύο γενετικές σημάνσεις του κλάδου VI για να κατανοήσουμε τον επιπολασμό του κορωνοϊού. Η συχνότητα του κλάδου VI τον Απρίλιο του 2020 ήταν στην Ελλάδα 40% (με μειούμενη τάση), ενώ στο Βέλγιο μεγαλύτερη του 80%. Η ισχυρή αλληλική σχέση μεταξύ των παραλλαγών C3037T (nsp3, F924F), C14408T (RdRp, P4715L), A23403G (πρωτεΐνη της ακίδας, D614G) και C241T (5 ′ UTR) (10) παρέχουν ένα εξελικτικό πλεονέκτημα με αποτέλεσμα παγκόσμια να αυξάνει η συχνότητά τους (έχει υπερβεί ήδη το 40% των περιπτώσεων). Τέλος στο δημοσίευμα υποστηρίζεται ότι η συνύπαρξη αυτών των μεταλλάξεων στον κλάδο VI συσχετίζεται με πιο σοβαρή κλινική πορεία.
Τα ευρήματά αυτά αποκαλύπτουν ότι τα ιογενή γονιδιώματα καταδεικνύουν μεγαλύτερη γενετική ποικιλομορφία από την αναμενόμενη και πιθανή συσχέτιση μεταξύ ορισμένων μεταλλάξεων του κορωνοϊού και της σοβαρότητας της νόσου COVID-19.
Τρόποι δημιουργίας μεταλλάξεων.
Ο κορωνοϊός μπορεί να μεταλλαχθεί ακόμη και στο σώμα ενός ατόμου.
Ερευνητές παρακολούθησαν την πορεία του κορωνοϊού SARS-CoV-2 σε έναν 45χρονο άνδρα με μακροχρόνια αυτοάνοση διαταραχή, ο οποίος βρισκόταν σε θεραπευτική αγωγή που περιελάβανε ισχυρά ανοσοκατασταλτικά (3). Περίπου 40 ημέρες μετά την πρώτη θετική δοκιμή του άνδρα για τον ιό SARS-CoV-2, οι δοκιμές παρακολούθησης έδειξαν ότι ο ιός σχεδόν μειώθηκε – αλλά ξαναεμφανίστηκε μετά την αντιική θεραπεία. Η μόλυνση του άνδρα υποχώρησε πάλι και στη συνέχεια επέστρεψε δύο φορές πριν πεθάνει, περίπου πέντε μήνες μετά την πρώτη διάγνωση της νόσου COVID-19. Η γονιδιωματική ανάλυση έδειξε ότι ο άντρας δεν είχε μολυνθεί πολλές φορές. Αντ’ αυτού, ο ιός φαινόταν ότι μειωνόταν, αλλά γρηγορά μεταλλασσόταν στο σώμα του. Αν και τα περισσότερα ανοσοκατεσταλμένα άτομα καθαρίζουν αποτελεσματικά τη λοίμωξη SARS-CoV-2, αυτή η περίπτωση υπογραμμίζει την πιθανότητα επίμονης λοίμωξης στο σώμα ενός ανοσοκατασταλμένου ανθρώπου, αλλά και γρήγορη εξέλιξη του ιού. Οι αλλαγές στις μεταλλάξεις αφορούσαν αμινοξέα κυρίως στην πρωτεΐνη της ακίδας του ιού και την περιοχή δέσμευσης υποδοχέα, τα οποία αποτελούν το 13% και το 2% του ιικού γονιδιώματος,
Άλλοι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι υπάρχει περίπτωση δημιουργίας μεταλλάξεων εξαιτίας της λειτουργίας συγκεκριμένων ενζύμων του ανθρωπίνου οργανισμού. Συγκεκριμένα παρατηρήθηκε δημιουργία μεταλλάξεων σημείου ουρακίλης στο RNA του κορωνοϊού από ένζυμα επιδιόρθωσης λαθών κατά την αντιγραφή του DNA του ανθρώπου. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την αλλαγή της έμφυτης (φυσικής) ανοσοαπόκρισής μας, μια και οδηγεί σε αυξημένη ικανότητα διέγερσης φλεγμονωδών αποκρίσεων. Ειδικότερα, ένζυμα των κυττάρων μας που συμμετέχουν στην επιδιόρθωση λαθών κατά την αντιγραφή του γενετικού μας υλικού (DNA) μπορεί να προκαλούν μεταλλάξεις στον ιό SARS-CoV-2, οι οποίες ενεργοποιούν τα ανοσοκύτταρά μας για να αυξήσουν την παραγωγή προφλεγμονωδών μορίων, που ονομάζονται κυτοκίνες. Το ευρήματα δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Scientific Reports, και είναι σημαντικά για την κατανόηση του πώς εξελίσσεται ο ιός.
Το γενετικό υλικό των κορωνοϊών, συμπεριλαμβανομένου του ιού SARS-CoV-2 που προκαλεί τη νόσο COVID-19, είναι μονόκλωνο RNA. Οι κορωνοϊοί έχουν λιγότερες γενετικές μεταλλάξεις σε σύγκριση με τον RNA του ιού της γρίπης, επειδή έχουν ένα είδος μηχανισμού επιδιόρθωσης των μεταλλάξεων. Ωστόσο, εξακολουθούν να παραμένουν κάποιες μεταλλάξεις, και οι επιστήμονες θα ήθελαν να καταλάβουν πώς προκύπτουν και ποιες είναι οι επιπτώσεις τους. Προς τούτο, επιστημονική ομάδα από το Πανεπιστήμιο Tohoku της Ιαπωνίας διερεύνησε τις ακολουθίες του γονιδιώματος 8.000 ιών SARS-CoV-2. Αναζήτησαν συγκεκριμένες «σημειακές μεταλλάξεις», δηλ. αλλαγή μια βάσης σε μια άλλη βάση στο RNA του ιού. (4)
Οι αναλύσεις έδειξαν ότι τα στελέχη ιών που είχαν εξελιχθεί από το αρχικό που απομονώθηκε στην πόλη Wuhan της Κίνας είχαν δυσανάλογο αριθμό βάσεων Ουρακίλης που άλλαξαν από βάση Κυτοσίνης. Περαιτέρω αναλύσεις έδειξαν ότι αυτές οι μεταλλαγές προκλήθηκαν από δύο ένζυμα (APOBECs και ADAR) που συμμετέχουν στην επιδιόρθωση βλαβών του ανθρώπινου γενετικού υλικού, δηλ. του ενζύμου της απαμινάσης.
Στη συνέχεια, οι επιστήμονες μελέτησαν τις επιπτώσεις αυτών των μεταλλάξεων στα μακροφάγα κύτταρα, που είναι τύπος λευκών αιμοσφαιρίων που αποτελεί μέρος της πρώτης γραμμής άμυνας του σώματος ή της έμφυτης (φυσικής) ανοσίας μας. Δοκίμασαν την παραγωγή δύο προ-φλεγμονωδών κυτοκινών, που ονομάζονται παράγοντας νέκρωσης όγκου-άλφα και ιντερλευκίνης-6 από ανθρώπινες κυτταρικές σειρές μακροφάγων. Τα κύτταρα διεγέρθηκαν με θραύσμα RNA από ιούς τύπου Wuhan ή μεταλλαγμένου τύπου SARS-CoV-2. Παραδόξως, διαπίστωσαν ότι το πλούσιο σε ουρακίλη ιικό RNA στους μεταλλαγμένους ιούς SARS-CoV-2 ενεργοποίησε αυξημένη παραγωγή των δύο κυτοκινών.
Τα ευρήματα δείχνουν ότι οι σημειακές μεταλλάξεις που εντοπίστηκαν στους ιούς SARS-CoV-2 προκλήθηκαν από την επεξεργασία του RNA ως μέρος της αντίδρασης της άμυνας μας κατά της ιικής μόλυνσης. Επίσης, δείχνουν ότι η εξέλιξη του ιού αυξάνει τις έμφυτες ανοσολογικές αντιδράσεις στον ξενιστή/ανθρώπου.
Οι επιστήμονες λένε ότι απαιτούνται περαιτέρω μελέτες για να καθοριστεί εάν αυτή η αυξημένη έμφυτη ανοσοαπόκριση βοηθά στην αποτελεσματική εξάλειψη του ιού ή εάν οδηγεί σε επιδείνωση των κλινικών συμπτωμάτων.
Βιβλιογραφία.
(1) Utsav Pandey et al. 2020. High Prevalence of SARS-CoV-2 Genetic Variation and D614G Mutation in Pediatric Patients with COVID-19., Open Forum Infectious Diseases (2020). DOI: 10.1093/ofid/ofaa551
(2) Yang H-C, et al. 2020. Analysis of genomic distributions of SARS-CoV-2 reveals a dominant strain type with strong allelic associations. PNAS
https://www.pnas.org/content/early/2020/11/11/2007840117
(3) Choi Β., et al. 11/11/2020. Persistence and Evolution of SARS-CoV-2 in an Immunocompromised Host. The New England Journal of Medicine
https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMc2031364
(4) Masato Kosuge, et al. 11/11/2020. Point mutation bias in SARS-CoV-2 variants results in increased ability to stimulate inflammatory responses. Scientific Reports OI: 10.1038/s41598-020-74843-x
