Τέσσερις τρόποι με τους οποίους ο ιός προκάλεσε τον ιό

Ο Kei Sato έψαχνε για την επόμενη μεγάλη πρόκληση του πριν από πέντε χρόνια, όταν τον χτύπησε - και τον κόσμο - στο πρόσωπο. Ο ιολόγος ξεκίνησε πρόσφατα μια ανεξάρτητη ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο και προσπαθούσε να χαράξει μια θέση στο πολυσύχναστο πεδίο της έρευνας για τον ιό HIV. "Σκέφτηκα," Τι μπορώ να κάνω για τα επόμενα 20 ή 30 χρόνια; "

Βρήκε μια απάντηση στο SARS - COV - 2, ο ιός που είναι υπεύθυνος για το covid - 19 πανδημία, δηλαδή Ταχέως εξαπλώνεται σε όλο τον κόσμο. Τον Μάρτιο του 2020, καθώς οι φήμες στροβιλίστηκαν ότι το Τόκιο θα μπορούσε να αντιμετωπίσει ένα κλείδωμα που θα σταματούσε τις ερευνητικές δραστηριότητες, ο Sato και πέντε φοιτητές κατέστρεψαν στο εργαστήριο ενός πρώην συμβούλου στο Κιότο. Εκεί, άρχισαν να μελετούν μια ιογενή πρωτεΐνη που χρησιμοποιεί το SARS - COV - 2 Αποσυνδέστε τις πρώτες ανοσολογικές αντιδράσεις του σώματος. Ο Sato καθιέρωσε σύντομα μια κοινοπραξία ερευνητών που θα συνέχιζε να δημοσιεύει τουλάχιστον 50 μελέτες σχετικά με τον ιό.

Σε μόλις πέντε χρόνια, το SARS - COV - 2 έγινε ένας από τους πιο στενά εξεταζόμενους ιούς στον πλανήτη. Οι ερευνητές έχουν δημοσιεύσει περίπου 150.000 ερευνητικά άρθρα σχετικά με αυτό, σύμφωνα με τη βάση δεδομένων Citation Scopus. Αυτό είναι περίπου τρεις φορές ο αριθμός των εγγράφων που δημοσιεύθηκαν στο HIV την ίδια περίοδο. Οι επιστήμονες έχουν επίσης δημιουργήσει περισσότερα από 17 εκατομμύρια SARS - COV - 2 ακολουθίες γονιδιώματος μέχρι στιγμής, περισσότερο από ό, τι για οποιονδήποτε άλλο οργανισμό. Αυτό έδωσε μια απαράμιλλη άποψη στους τρόπους με τους οποίους ο ιός άλλαξε καθώς εξαπλώθηκαν οι λοιμώξεις. "Υπήρχε η ευκαιρία να δούμε μια πανδημία σε πραγματικό χρόνο σε πολύ υψηλότερη ανάλυση από ό, τι ήταν ποτέ εφικτό πριν", λέει ο Tom Peacock, ιολόγος στο Ινστιτούτο Pirbright, κοντά στο Woking του Ηνωμένου Βασιλείου.

Τώρα, με τη φάση έκτακτης ανάγκης της πανδημίας στο πίσω μέρος του καθρέφτη, οι ιολόγοι παίρνουν απολογισμό του τι μπορεί να μάθει για έναν ιό σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα, συμπεριλαμβανομένου η εξέλιξή του και τις αλληλεπιδράσεις του με τους ανθρώπινους ξενιστές. Εδώ είναι τέσσερα μαθήματα από την πανδημία που μερικοί λένε ότι θα μπορούσαν να εξουσιοδοτήσουν το Παγκόσμια ανταπόκριση σε μελλοντικές πανδημίες - αλλά μόνο εάν υπάρχουν επιστημονικά και δημόσια - Ιδρύματα υγείας για τη χρήση τους.

Οι ακολουθίες του ιού λένε ιστορίες

Στις 11 Ιανουαρίου 2020, ο Edward Holmes, ιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Σίδνεϊ της Αυστραλίας, μοιράστηκε αυτό που οι περισσότεροι επιστήμονες θεωρούν ότι είναι το πρώτο SARS - COV - 2 ακολουθία γονιδιώματος σε ένα συμβούλιο συζήτησης ιολογίας. Είχε λάβει τα δεδομένα από τον ιολόγο Zhang Yongzhen στην Κίνα.

Μέχρι το τέλος του έτους, οι επιστήμονες υπέβαλαν περισσότερες από 300.000 ακολουθίες σε ένα αποθετήριο γνωστό ως Παγκόσμια πρωτοβουλία για την ανταλλαγή όλων των δεδομένων γρίπης (GISAID). Ο ρυθμός συλλογής δεδομένων πήρε μόνο ταχύτερα από εκεί, καθώς οι ανησυχητικές παραλλαγές του ιού έλαβαν χώρα. Ορισμένες χώρες όργωναν τεράστιους πόρους σε αλληλουχία SARS - COV - 2: Μεταξύ αυτών, το Ηνωμένο Βασίλειο και οι Ηνωμένες Πολιτείες συνεισέφεραν πάνω από 8,5 εκατομμύρια (βλέπε «Rally Genome Rally»). Εν τω μεταξύ, οι επιστήμονες σε άλλες χώρες, συμπεριλαμβανομένης της Νότιας Αφρικής, της Ινδίας και της Βραζιλίας, έδειξαν ότι η αποτελεσματική επιτήρηση μπορεί να εντοπίσει ανησυχητικές παραλλαγές σε χαμηλότερες ρυθμίσεις πόρων.

Σε προηγούμενες επιδημίες, όπως η επιδημία 2013-16 της Δυτικής Αφρικής Ebola, τα δεδομένα αλληλουχίας ήρθαν πολύ αργά για να παρακολουθήσουν τον τρόπο με τον οποίο ο ιός άλλαζε καθώς οι λοιμώξεις εξαπλώθηκαν. Αλλά γρήγορα κατέστη σαφές ότι οι αλληλουχίες SARS - COV - 2 θα έφταναν σε έναν πρωτοφανή όγκο και ρυθμό, λέει η Emma Hodcroft, γονιδιωματική επιδημιολόγος στο Ελβετικό Ινστιτούτο Τροπικής και Δημόσιας Υγείας στη Βασιλεία. Εργάζεται μια προσπάθεια που ονομάζεται NextStrain, η οποία χρησιμοποιεί δεδομένα γονιδιώματος για την παρακολούθηση των ιών, όπως η γρίπη, για την καλύτερη κατανόηση της εξάπλωσής τους. "Είχαμε αναπτύξει τόσες πολλές από αυτές τις μεθόδους που θεωρητικά θα μπορούσαν να ήταν πολύ χρήσιμες", λέει ο Hodcroft. "Και ξαφνικά, το 2020, είχαμε την ευκαιρία να βάλουμε και να εμφανιστούμε."

Αρχικά, χρησιμοποιήθηκαν τα δεδομένα SARS - COV - 2 εντοπίστε την εξάπλωση του ιού στο επίκεντρο του στο Wuhan, Κίνα, και στη συνέχεια παγκοσμίως. Αυτό απάντησε σε βασικά πρώιμα ερωτήματα - όπως το αν ο ιός εξαπλώθηκε σε μεγάλο βαθμό μεταξύ ανθρώπων ή από τις ίδιες ζωικές πηγές στους ανθρώπους. Τα δεδομένα αποκάλυψαν τις γεωγραφικές διαδρομές μέσω των οποίων ταξίδεψε ο ιός και τους έδειξε πολύ πιο γρήγορα από ό, τι θα μπορούσαν να συμβατικές επιδημιολογικές έρευνες. Αργότερα, άρχισαν να εμφανίζονται ταχύτερες παραλλαγές μετάδοσης του ιού και έστειλαν εργαστήρια αλληλουχίας σε hyperdrive. Μια παγκόσμια συλλογική συλλογή επιστημόνων και ερασιτεχνικών παραλλαγών παρακολουθείται μέσα από τα δεδομένα αλληλουχίας συνεχώς σε αναζήτηση ανησυχητικών ιικών αλλαγών.

"Έγινε δυνατή η παρακολούθηση της εξέλιξης αυτού του ιού με τεράστια λεπτομέρεια για να δούμε ακριβώς τι άλλαξε", λέει ο Jesse Bloom, ένας ιογενής εξελικτικός βιολόγος στο Κέντρο Καρκίνου Fred Hutchinson στο Σιάτλ της Ουάσινγκτον. Με εκατομμύρια SARS - COV - 2 γονιδιώματα στο χέρι, οι ερευνητές μπορούν τώρα να επιστρέψουν και να τα μελετήσουν για να κατανοήσουν τους περιορισμούς στην εξέλιξη του ιού. "Αυτό είναι κάτι που δεν μπορούσαμε ποτέ να κάνουμε πριν", λέει ο Hodcroft.

Οι ιοί αλλάζουν περισσότερο από το αναμενόμενο

Επειδή κανείς δεν είχε μελετήσει ποτέ SARS - COV - 2 πριν, οι επιστήμονες ήρθαν με τις δικές τους υποθέσεις για το πώς θα προσαρμοστεί. Πολλοί καθοδηγούνται από εμπειρίες με έναν άλλο ιό RNA που προκαλεί λοιμώξεις του αναπνευστικού συστήματος: γρίπη. "Απλά δεν είχαμε πολλές πληροφορίες για άλλους αναπνευστικούς ιούς που θα μπορούσαν να προκαλέσουν πανδημίες", λέει ο Hodcroft.

Η γρίπη εξαπλώνεται κυρίως μέσω του απόκτηση μεταλλάξεωνπου του επιτρέπουν να αποφεύγει την ασυλία των ανθρώπων. Επειδή κανείς δεν είχε μολυνθεί ποτέ με SARS - COV - 2 πριν από το 2019, πολλοί επιστήμονες δεν περίμεναν να δουν πολύ ιογενή αλλαγή μέχρι να υπάρξει σημαντική πίεση που ασκήθηκε από το ανοσοποιητικό σύστημα των ανθρώπων, είτε μέσω λοιμώξεων είτε καλύτερα ακόμα, εμβολιασμός.

Η εμφάνιση ταχύτερων - μετάδοσης, θανατηφόρων παραλλαγών του SARS - COV - 2, όπως η Alpha και η Delta, εξόρυψαν μερικές πρώιμες υποθέσεις. Ακόμη και στις αρχές του 2020, το SARS - COV - 2 είχε πάρει ένα ενιαίο αμινομάτη - Η αλλαγή οξέος που ενίσχυσε ουσιαστικά την εξάπλωσή του. Πολλοί άλλοι θα ακολουθούσαν.

"Αυτό που πήρα λάθος και δεν πρόβλεψε ήταν πόσο θα άλλαζε φαινοτυπικά", λέει ο Χολμς. "Είδατε αυτή την εκπληκτική επιτάχυνση στη μεταδοτικότητα και τη μολυσματικότητα." Αυτό υποδηλώνει ότι το SARS - COV - 2 δεν ήταν ιδιαίτερα καλά προσαρμοσμένο στην εξάπλωση μεταξύ ανθρώπων όταν εμφανίστηκε στο Wuhan, μια πόλη εκατομμυρίων. Θα μπορούσε πολύ καλά να ξεφύγει σε ένα λιγότερο πυκνοκατοικημένο περιβάλλον, προσθέτει.

Ο Χολμς αναρωτιέται, επίσης, αν ο ρυθμός παρατηρούμενης αλλαγής ήταν απλώς ένα προϊόν του πόσο στενά παρακολουθείται το SARS - COV - 2. Θα μπορούσαν οι ερευνητές να δουν τον ίδιο ρυθμό αν παρακολουθούσαν την εμφάνιση ενός στελέχους γρίπης που ήταν καινούργιο στον πληθυσμό, με την ίδια ανάλυση; Αυτό παραμένει να καθοριστεί.

Οι αρχικοί γιγάντιοι άλματα που ο SARS - COV - 2 πήρε ήρθε με μία χάρη εξοικονόμησης: δεν επηρέασαν δραστικά την προστατευτική ασυλία που παρέχεται από εμβόλια και προηγούμενες λοιμώξεις. Αλλά αυτό άλλαξε με την εμφάνιση της παραλλαγής Omicron στα τέλη του 2021, η οποία ήταν φορτωμένη με αλλαγές στην «ακίδα» της πρωτεΐνης που την βοήθησε να αποφύγει τις αντιδράσεις αντισωμάτων (η πρωτεΐνη Spike επιτρέπει στον ιό να εισέλθει κύτταρα ξενιστή). Οι επιστήμονες, όπως το Bloom, έχουν καταστραφεί για το πόσο γρήγορα αυτές οι αλλαγές εμφανίστηκαν σε διαδοχικές παραλλαγές post - Omicron.

Και αυτό δεν ήταν καν η πιο εκπληκτική πτυχή του Omicron, λέει ο Ravindra Gupta, ιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Cambridge του Ηνωμένου Βασιλείου. Λίγο μετά την εμφάνιση της παραλλαγής, η ομάδα του και άλλοι παρατήρησαν ότι, σε αντίθεση με τις προηγούμενες παραλλαγές SARS - Cov - 2 όπως το Delta που ευνόησαν τα κατώτερα κύτταρα των αεραγωγών του πνεύμονα, ο Omicron προτιμούσε να μολύνει τους ανώτερους αεραγωγούς. "Για να τεκμηριώσει ότι ένας ιός μετατόπισε τη βιολογική του συμπεριφορά κατά τη διάρκεια μιας πανδημίας ήταν άνευ προηγουμένου", λέει ο Gupta.