Quattro modi in cui il virus ha cambiato la scienza

Kei Sato stava cercando la sua prossima grande sfida cinque anni fa quando lo colpì - e il mondo - in faccia. Il virologo aveva recentemente avviato un gruppo indipendente all'Università di Tokyo e stava cercando di ritagliarsi una nicchia nel campo affollato della ricerca sull'HIV. "Ho pensato:" Cosa posso fare per i prossimi 20 o 30 anni? ""

Ha trovato una risposta in SARS - cov - 2, il virus responsabile della pandemia Covidio - 19, che era che si diffonde rapidamente in tutto il mondo. Nel marzo 2020, mentre le voci turbinavano che Tokyo potesse affrontare un blocco che avrebbe fermato le attività di ricerca, SATO e cinque studenti decampero al laboratorio di un ex consigliere a Kyoto. Lì, hanno iniziato a studiare una proteina virale che SARS - Cov - 2 usa reprimere le prime risposte immunitarie del corpo. Sato ha presto istituito un consorzio di ricercatori che avrebbero continuato a pubblicare almeno 50 studi sul virus.

In soli cinque anni, SARS - Cov - 2 è diventato uno dei virus più strettamente esaminati sul pianeta. I ricercatori hanno pubblicato circa 150.000 articoli di ricerca al riguardo, secondo il database delle citazioni Scopus. Questo è circa tre volte il numero di articoli pubblicati sull'HIV nello stesso periodo. Gli scienziati hanno anche generato oltre 17 milioni di sequenze di genoma SARS - Cov - 2, più che per qualsiasi altro organismo. Ciò ha dato una visione ineguagliabile sui modi in cui il virus è cambiato mentre le infezioni si diffondono. "C'era l'opportunità di vedere una pandemia in tempo reale in una risoluzione molto più elevata di quanto non sia mai stato realizzabile prima", afferma Tom Peacock, virologo del Pirbright Institute, vicino a Woking, nel Regno Unito.

Ora, con la fase di emergenza della pandemia nello specchio posteriore - Visualizza, i virologi stanno facendo il punto di ciò che può essere appreso su un virus in così poco tempo, incluso la sua evoluzione e le sue interazioni con gli ospiti umani. Ecco quattro lezioni dalla pandemia che alcuni dicono potrebbero potenziare il Risposta globale alle future pandemie - ma solo se scientifiche e pubbliche - istituzioni sanitarie sono in atto per usarli.

Le sequenze virali raccontano storie

L'11 gennaio 2020, Edward Holmes, virologo dell'Università di Sydney, in Australia, ha condiviso quello che la maggior parte degli scienziati considera la prima sequenza del genoma SARS - Cov - 2 a un comitato di discussione virologica; Aveva ricevuto i dati dal virologo Zhang Yongzhen in Cina.

Alla fine dell'anno, gli scienziati avevano presentato oltre 300.000 sequenze a un repository noto come il Iniziativa globale sulla condivisione di tutti i dati dell'influenza (Gisaid). Il tasso di raccolta dei dati è diventato più veloce da lì, poiché le preoccupazioni preoccupanti del virus hanno preso piede. Alcuni paesi hanno arato enormi risorse nel sequenziamento SARS - Cov - 2: tra loro, il Regno Unito e gli Stati Uniti hanno contribuito con oltre 8,5 milioni (vedi "Rally del genoma virale"). Nel frattempo, gli scienziati di altri paesi, tra cui Sudafrica, India e Brasile, hanno dimostrato che una sorveglianza efficiente può individuare varianti preoccupanti in ambienti di risorse inferiori.

Nelle epidemie precedenti, come l'epidemia di Ebola dell'Africa occidentale del 2013-16, i dati di sequenziamento sono arrivati ​​troppo lentamente per tenere traccia di come il virus stava cambiando mentre si diffondeva le infezioni. Ma è diventato rapidamente chiaro che le sequenze SARS - Cov - 2 sarebbero arrivate a un volume e un ritmo senza precedenti, afferma Emma Hodcroft, epidemiologa genomica presso lo svizzero Tropical and Public Health Institute di Basilea. Lei lavora Uno sforzo chiamato NextStrain, che utilizza i dati del genoma per tenere traccia dei virus, come l'influenza, per comprendere meglio la loro diffusione. "Avevamo sviluppato così tanti di questi metodi che, in teoria, avrebbero potuto essere molto utili", afferma Hodcroft. "E all'improvviso, nel 2020, abbiamo avuto l'opportunità di sopportare e presentarci."

Inizialmente, sono stati usati i dati di sequenziamento SARS - Cov - 2 Traccia la diffusione del virus nel suo epicentro a Wuhan, in Cina, e poi a livello globale. Ciò ha risposto alle prime domande chiave, come se il virus si è diffuso in gran parte tra le persone o dalle stesse fonti animali agli umani. I dati hanno rivelato le rotte geografiche attraverso le quali il virus ha viaggiato e hanno mostrato loro molto più rapidamente di quanto non potessero indagini epidemiologiche convenzionali. Successivamente, le varianti di trasmissione del virus hanno iniziato a comparire e hanno inviato i laboratori di sequenziamento in iperdrive. Un collettivo globale di scienziati e tracker di varianti amatoriali ha pescato attraverso i dati di sequenza costantemente alla ricerca di preoccupazioni virali preoccupanti.

"È diventato possibile tenere traccia dell'evoluzione di questo virus con enormi dettagli per vedere esattamente ciò che stava cambiando", afferma Jesse Bloom, una biologa evolutiva virale del Fred Hutchinson Cancer Center di Seattle, Washington. Con milioni di genomi SARS - Cov - 2 in mano, i ricercatori possono ora tornare indietro e studiarli per comprendere i vincoli sull'evoluzione del virus. "È qualcosa che non siamo mai stati in grado di fare prima", afferma Hodcroft.

I virus cambiano più del previsto

Poiché nessuno aveva mai studiato SARS - Cov - 2 prima, gli scienziati venivano con i loro presupposti su come si sarebbe adattato. Molti sono stati guidati da esperienze con un altro virus dell'RNA che causa infezioni respiratorie: l'influenza. "Non avevamo molte informazioni su altri virus respiratori che potrebbero causare pandemie", afferma Hodcroft.

L'influenza si diffonde principalmente attraverso il acquisizione di mutazioniCiò consente di eludere l'immunità delle persone. Poiché nessuno era mai stato infettato da SARS - Cov - 2 prima del 2019, molti scienziati non si aspettavano di vedere molti cambiamenti virali fino a quando non ci fosse stata una pressione sostanziale su di esso dal sistema immunitario delle persone, sia attraverso infezioni o meglio ancora, vaccinazione.

L'emergere di varianti più veloci - trasmettenti e deadlier di SARS - cov - 2, come alfa e delta, hanno cancellato alcune ipotesi precoci. Anche all'inizio del 2020, SARS - Cov - 2 aveva raccolto un singolo cambiamento di amino - acido che ne aumentava sostanzialmente la diffusione. Molti altri avrebbero seguito.

"Quello che ho sbagliato e non ho anticipato è stato quanto sarebbe cambiato fenotipicamente", afferma Holmes. "Hai visto questa straordinaria accelerazione in trasmissibilità e virulenza." Ciò ha suggerito che SARS - Cov - 2 non si adattava particolarmente alla diffusione tra le persone quando è emerso a Wuhan, una città di milioni. Avrebbe potuto benissimo che si sia svuotato in un'ambientazione meno densamente popolata, aggiunge.

Holmes si chiede, inoltre, se il ritmo di rottura del cambiamento osservato fosse semplicemente un prodotto di quanto fosse stato monitorato da vicino SARS - Cov - 2. I ricercatori vedrebbero lo stesso tasso se osservassero l'emergere di un ceppo di influenza che era nuovo per la popolazione, alla stessa risoluzione? Resta da determinare.

I salti giganti iniziali che SARS - Cov - 2 hanno preso con una grazia salvifica: non hanno influenzato drasticamente l'immunità protettiva fornita dai vaccini e dalle infezioni precedenti. Ma ciò è cambiato con l'emergere della variante Omicron alla fine del 2021, che era carico di cambiamenti nella sua proteina "spike" che lo ha aiutato a schivare le risposte degli anticorpi (la proteina Spike consente al virus di entrare nelle cellule ospiti). Scienziati come Bloom sono stati colpiti da quanto velocemente sono apparsi questi cambiamenti nelle varianti successive di post - omicron.

E questo non è stato nemmeno l'aspetto più sorprendente di Omicron, afferma Ravindra Gupta, virologa dell'Università di Cambridge, nel Regno Unito. Poco dopo la sua variante emersa, la sua squadra e altri notate che, a differenza delle precedenti varianti SAR - Cov - 2 come Delta che favorivano le celle delle vie aeree inferiori del polmone, Omicron preferiva infettare le vie aeree superiori. "Documentare che un virus ha spostato il suo comportamento biologico nel corso di una pandemia non ha precedenti", afferma Gupta.