สี่วิธี Covid - ทำให้ไวรัสเปลี่ยนวิทยาศาสตร์

Kei Sato กำลังมองหาความท้าทายครั้งใหญ่ครั้งต่อไปของเขาเมื่อห้าปีก่อนเมื่อมันตีเขา - และโลก - ต่อหน้า นักไวรัสวิทยาเพิ่งเริ่มกลุ่มอิสระที่ University of Tokyo และพยายามแกะสลักช่องในสาขาการวิจัยเอชไอวีที่แออัด “ ฉันคิดว่า ‘ฉันจะทำอย่างไรในอีก 20 หรือ 30 ปีข้างหน้า”

เขาพบคำตอบในโรคซาร์ส - COV - 2 ไวรัสที่รับผิดชอบ Covid - 19 การแพร่ระบาดนั่นคือ แพร่กระจายไปทั่วโลกอย่างรวดเร็ว- ในเดือนมีนาคม 2563 ขณะที่ข่าวลือหมุนวนว่าโตเกียวอาจต้องเผชิญกับการปิดตัวลงซึ่งจะหยุดกิจกรรมการวิจัย Sato และนักเรียนห้าคนได้แยกออกไปยังห้องปฏิบัติการของที่ปรึกษาอดีตในเกียวโต ที่นั่นพวกเขาเริ่มศึกษาโปรตีนไวรัสที่ซาร์ส - COV - 2 ใช้เพื่อ ระงับการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันครั้งแรกของร่างกาย- Sato ได้จัดตั้งกลุ่มนักวิจัยที่จะตีพิมพ์อย่างน้อย 50 การศึกษาเกี่ยวกับไวรัส

ในเวลาเพียงห้าปี SARS - COV - 2 กลายเป็นหนึ่งในไวรัสที่ตรวจสอบอย่างใกล้ชิดที่สุดในโลก นักวิจัยได้ตีพิมพ์บทความวิจัยประมาณ 150,000 บทความเกี่ยวกับเรื่องนี้ตามฐานข้อมูลการอ้างอิง Scopus นั่นคือประมาณสามเท่าของจำนวนเอกสารที่เผยแพร่บนเอชไอวีในช่วงเวลาเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างซาร์สมากกว่า 17 ล้านตัว - COV - 2 ลำดับจีโนมจนถึงตอนนี้มากกว่าสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ สิ่งนี้ทำให้มุมมองที่ไม่มีใครเทียบได้ในวิธีการที่ไวรัสเปลี่ยนไปเมื่อการติดเชื้อแพร่กระจาย “ มีโอกาสที่จะได้เห็นการระบาดใหญ่ในเวลาจริงในการลงมติสูงกว่าที่เคยทำได้มาก่อน” ทอมนกยูงนักไวรัสวิทยาของสถาบัน Pirbright กล่าวใกล้ Woking สหราชอาณาจักรกล่าว

ตอนนี้ด้วยขั้นตอนฉุกเฉินของการระบาด วิวัฒนาการของมัน และการมีปฏิสัมพันธ์กับโฮสต์ของมนุษย์ นี่คือสี่บทเรียนจากการระบาดใหญ่ที่บางคนบอกว่าสามารถเพิ่มขีดความสามารถ การตอบสนองทั่วโลกต่อการแพร่ระบาดในอนาคต - แต่เฉพาะในกรณีที่วิทยาศาสตร์และสาธารณะ - สถาบันสุขภาพอยู่ในสถานที่ที่จะใช้พวกเขา

ลำดับไวรัสบอกเล่าเรื่องราว

เมื่อวันที่ 11 มกราคม 2563 เอ็ดเวิร์ดโฮล์มส์นักไวรัสวิทยาที่มหาวิทยาลัยซิดนีย์ประเทศออสเตรเลียแบ่งปันสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่คิดว่าเป็นโรคซาร์สแห่งแรก - COV - 2 ลำดับจีโนมไปยังคณะกรรมการสนทนาไวรัสวิทยา เขาได้รับข้อมูลจากนักไวรัสวิทยา Zhang Yongzhen ในประเทศจีน.

ในช่วงปลายปีนักวิทยาศาสตร์ได้ส่งลำดับมากกว่า 300,000 ลำดับไปยังที่เก็บที่รู้จักกันในชื่อ ความคิดริเริ่มระดับโลกในการแบ่งปันข้อมูลไข้หวัดใหญ่ทั้งหมด (gisaid) อัตราการรวบรวมข้อมูลได้เร็วขึ้นจากที่นั่นเนื่องจากไวรัสที่มีปัญหา บางประเทศไถทรัพยากรขนาดใหญ่ในการเรียงลำดับซาร์ส - COV - 2: ระหว่างพวกเขาสหราชอาณาจักรและสหรัฐอเมริกามีส่วนร่วมมากกว่า 8.5 ล้าน (ดู 'การชุมนุมจีโนมไวรัส') ในขณะเดียวกันนักวิทยาศาสตร์ในประเทศอื่น ๆ รวมถึงแอฟริกาใต้อินเดียและบราซิลแสดงให้เห็นว่าการเฝ้าระวังที่มีประสิทธิภาพสามารถมองเห็นสายพันธุ์ที่น่ากังวลในการตั้งค่าทรัพยากรที่ต่ำกว่า -

ในโรคระบาดก่อนหน้านี้เช่นการระบาดของโรคอีโบลาแอฟริกาตะวันตกปี 2556-2559 ข้อมูลการเรียงลำดับมาช้าเกินไปที่จะติดตามว่าไวรัสเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อการติดเชื้อแพร่กระจาย แต่เป็นที่ชัดเจนว่า SARS - COV - 2 ลำดับจะมาถึงปริมาณและความเร็วที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน Emma Hodcroft นักระบาดวิทยาจีโนมที่สถาบันเขตร้อนและสาธารณสุขสวิสในบาเซิลกล่าว เธอทำงานต่อ ความพยายามที่เรียกว่า NextStrainซึ่งใช้ข้อมูลจีโนมเพื่อติดตามไวรัสเช่นไข้หวัดใหญ่เพื่อทำความเข้าใจการแพร่กระจายของพวกเขาให้ดีขึ้น “ เราได้พัฒนาวิธีการเหล่านี้มากมายซึ่งในทางทฤษฎีแล้วอาจมีประโยชน์มาก” Hodcroft กล่าว “ และทันใดนั้นในปี 2020 เรามีโอกาสที่จะวางและแสดง”

เริ่มแรก SARS - COV - 2 ข้อมูลการเรียงลำดับถูกใช้เพื่อ ติดตามการแพร่กระจายของไวรัสที่ศูนย์กลางของมัน ในวูฮันประเทศจีนและทั่วโลก คำถามนี้ตอบคำถามที่สำคัญเช่นนี้ว่าไวรัสแพร่กระจายอย่างมากระหว่างคนหรือจากแหล่งสัตว์เดียวกันกับมนุษย์ ข้อมูลเปิดเผยเส้นทางทางภูมิศาสตร์ที่ไวรัสเดินทางและแสดงให้เห็นว่าพวกเขาเร็วกว่าการสืบสวนทางระบาดวิทยาแบบดั้งเดิม ต่อมาเร็วขึ้น - การส่งสัญญาณของไวรัสเริ่มปรากฏขึ้นและส่งห้องปฏิบัติการลำดับไปยังไฮเปอร์ไดรฟ์ กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ระดับโลกและตัวติดตามตัวแปรมือสมัครเล่นที่ผ่านข้อมูลลำดับอย่างต่อเนื่องในการค้นหาการเปลี่ยนแปลงของไวรัสที่กังวล

“ มันเป็นไปได้ที่จะติดตามวิวัฒนาการของไวรัสนี้ในรายละเอียดมากมายเพื่อดูสิ่งที่เปลี่ยนแปลงไป” เจสซี่บลูมนักชีววิทยาวิวัฒนาการไวรัสที่ศูนย์มะเร็งเฟร็ดฮัทชินสันในซีแอตเทิลรัฐวอชิงตันกล่าว ด้วยโรคซาร์สนับล้าน - COV - 2 จีโนมในมือนักวิจัยสามารถย้อนกลับไปศึกษาเพื่อทำความเข้าใจข้อ จำกัด เกี่ยวกับวิวัฒนาการของไวรัส “ นั่นคือสิ่งที่เราไม่เคยทำมาก่อน” Hodcroft กล่าว

ไวรัสเปลี่ยนไปมากกว่าที่คาดไว้

เพราะไม่มีใครเคยศึกษา SARS - COV - 2 ก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์จึงมาพร้อมกับสมมติฐานของตัวเองเกี่ยวกับวิธีการปรับตัว หลายคนได้รับคำแนะนำจากประสบการณ์กับไวรัส RNA ตัวอื่นที่ทำให้เกิดการติดเชื้อทางเดินหายใจ: ไข้หวัดใหญ่ “ เราไม่ได้มีข้อมูลมากมายเกี่ยวกับไวรัสทางเดินหายใจอื่น ๆ ที่อาจทำให้เกิดการระบาดใหญ่” Hodcroft กล่าว

ไข้หวัดใหญ่แพร่กระจายส่วนใหญ่ผ่าน การได้มาซึ่งการกลายพันธุ์ที่อนุญาตให้หลีกเลี่ยงภูมิคุ้มกันของผู้คน เนื่องจากไม่มีใครติดเชื้อ SARS - COV - 2 ก่อนปี 2019 นักวิทยาศาสตร์หลายคนไม่คาดหวังว่าจะเห็นการเปลี่ยนแปลงของไวรัสมากนักจนกระทั่งหลังจากที่มีแรงกดดันอย่างมากจากระบบภูมิคุ้มกันของผู้คนไม่ว่าจะผ่านการติดเชื้อหรือการฉีดวัคซีนที่ดีกว่า

การเกิดขึ้นของเร็วขึ้น - การส่งสัญญาณตัวแปรที่อันตรายของโรคซาร์ส - COV - 2 เช่นอัลฟ่าและเดลต้ากำจัดสมมติฐานเบื้องต้นบางอย่าง แม้กระทั่งในช่วงต้นปี 2020, SARS - COV - 2 ได้หยิบอะมิโนเดี่ยว - การเปลี่ยนแปลงกรดที่เพิ่มการแพร่กระจายอย่างมาก คนอื่น ๆ อีกมากมายจะตามมา

“ สิ่งที่ฉันทำผิดและไม่คาดหวังว่ามันจะเปลี่ยนฟีโนไทป์ได้มากแค่ไหน” โฮล์มส์กล่าว “ คุณเห็นการเร่งความเร็วที่น่าทึ่งนี้ในการส่งผ่านและความรุนแรง” สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าโรคซาร์ส - COV - 2 ไม่ได้ปรับตัวให้เข้ากับการแพร่กระจายระหว่างผู้คนโดยเฉพาะเมื่อมันเกิดขึ้นในหวู่ฮั่นซึ่งเป็นเมืองแห่งล้าน มันอาจจะเป็นไปได้ดีในการตั้งค่าที่มีประชากรหนาแน่นน้อยกว่าเขากล่าวเสริม

โฮล์มส์สงสัยว่าการเปลี่ยนแปลงที่สังเกตได้นั้นเป็นเพียงผลิตภัณฑ์ของ SARS อย่างใกล้ชิด - COV - 2 ถูกติดตาม นักวิจัยจะเห็นอัตราเดียวกันหรือไม่หากพวกเขาดูการเกิดขึ้นของสายพันธุ์ไข้หวัดใหญ่ที่ใหม่สำหรับประชากรในการแก้ปัญหาเดียวกัน? ที่ยังคงได้รับการพิจารณา

การก้าวกระโดดยักษ์เริ่มต้นที่ SARS - COV - 2 ได้มาพร้อมกับพระคุณที่ประหยัดได้อย่างหนึ่ง: พวกเขาไม่ได้ส่งผลกระทบอย่างมากต่อภูมิคุ้มกันป้องกันที่ส่งโดยวัคซีนและการติดเชื้อก่อนหน้า แต่นั่นก็เปลี่ยนไปตามการเกิดขึ้นของตัวแปร omicron ในช่วงปลายปี 2564 ซึ่งเต็มไปด้วยการเปลี่ยนแปลงโปรตีน 'สไปค์' ที่ช่วยในการหลบการตอบสนองของแอนติบอดี (โปรตีนสไปค์ช่วยให้ไวรัสเข้าสู่เซลล์โฮสต์) นักวิทยาศาสตร์เช่น Bloom ได้รับความสนใจอย่างรวดเร็วว่าการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ปรากฏขึ้นอย่างรวดเร็วในโพสต์ต่อเนื่อง - ตัวแปร omicron

และนั่นก็ไม่ใช่สิ่งที่น่าประหลาดใจที่สุดของ Omicron Ravindra Gupta นักไวรัสวิทยาของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์สหราชอาณาจักรกล่าว ไม่นานหลังจากที่ตัวแปรเกิดขึ้นทีมของเขาและคนอื่น ๆ สังเกตเห็นว่าแตกต่างจากซาร์สก่อนหน้านี้ - COV - 2 ตัวแปรเช่นเดลต้าที่ชื่นชอบเซลล์ล่าง - ทางเดินหายใจของปอด, Omicron ชอบที่จะติดเชื้อทางเดินหายใจส่วนบน “ เพื่อบันทึกว่าไวรัสเปลี่ยนพฤติกรรมทางชีวภาพในระหว่างการระบาดใหญ่นั้นไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน” Gupta กล่าว