Studiamo l’evoluzione dei virus. Ecco dove pensiamo che stia andando il coronavirus.

 

 

Di Sarah Cobey, Jesse Bloom, Tyler Starr e Nathaniel Lash

Il Dr. Cobey studia l’interazione tra immunità, evoluzione e trasmissione del virus all’Università di Chicago. Il dottor Bloom e il dottor Starr studiano l’evoluzione del virus al Fred Hutchinson Cancer Research Center di Seattle. Mr. Lash è un editor grafico per Opinion.

Come scienziati che studiano come si evolvono i virus, spesso ci viene chiesto del futuro del coronavirus. Andrà via? Peggiorare? Svanire sullo sfondo delle nostre vite? Diventa stagionale come l’influenza?

Ecco cosa sappiamo: la variante Omicron del virus era significativamente più contagiosa e più resistente ai vaccini rispetto al ceppo originale emerso per la prima volta a Wuhan, in Cina. Non c’è motivo, almeno biologicamente, che il virus non continui ad evolversi. Le varianti di coronavirus emerse finora campionano solo una frazione dello spazio genetico che molto probabilmente è disponibile per l’esplorazione evolutiva.

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Molti vaccini contro il coronavirus addestrano il sistema immunitario a riconoscere una particolare sezione del virus originale: i 201 aminoacidi che consentono al virus di attaccarsi alle cellule umane.

Solo due di quegli amminoacidi sono stati mutati nella variante Delta. Le mutazioni non erano sufficienti a rendere inefficaci i vaccini.

Quindici dei 201 aminoacidi presi di mira dai vaccini sono stati mutati in Omicron.Le mutazioni hanno aiutato Omicron a eludere il sistema immunitario e a infettare le persone che erano state vaccinate o precedentemente infettate.

Ma il virus può mutare molto più della manciata di cambiamenti visti in Omicron. Ogni amminoacido può mutare in 19 modi diversi.

Gli scienziati hanno già documentato più di 400 altre mutazioni negli aminoacidi presi di mira dai vaccini.

Secondo il nostro conteggio, ci sono quasi 2.000 altri modi in cui i 201 amminoacidi mirati potrebbero mutare ed essere ancora in grado di attaccarsi alle cellule umane.

Fonte: ricerca e analisi di Bloom Lab (Centro di ricerca sul cancro Fred Hutchinson) sui dati della sequenza genetica virale GISAID.  Nota: le figure per le mutazioni di Omicron mostrano solo le mutazioni presenti nel lignaggio BA.1.

Un virus come SARS-CoV-2 deve affrontare una pressione fondamentale: migliorare la diffusione. I virus che causano più infezioni avranno più successo. Il virus può farlo diventando più contagioso e aggirando il sistema immunitario. Questo coronavirus ha subito diversi adattamenti che lo rendono migliore nella diffusione negli esseri umani.

Ma sebbene molti scienziati, incluso noi, si aspettassero che SARS-CoV-2 sarebbe stato sotto pressione evolutiva per trasmettere meglio, è stato straordinario quanto bene il virus abbia risposto a quella pressione. Varianti recenti come Omicron e Delta sono molte volte più trasmissibili del ceppo che si è diffuso per la prima volta in tutto il mondo all’inizio del 2020. Si tratta di un enorme aumento e rende SARS-CoV-2 più contagioso di molti altri virus respiratori umani. Finora questi grandi salti di contagiosità hanno svolto un ruolo importante nel guidare la pandemia.

Grafico che mostra le proprietà di alcune varianti SARS-CoV-2. Lungo l’asse X, viene mostrata la riduzione dell’efficacia degli anticorpi per le varianti. Lungo l’asse Y ci sono cifre su quanto più contagiosa sia la variante rispetto all’originale SARS-CoV-2.

Riduzione stimata dell’efficacia degli anticorpi

Fonti: La contagiosità si basa sulle stime del vantaggio di crescita di Marlin Figgins e Trevor Bedford. La fuga di anticorpi si basa sui sieri di anticorpi raccolti da pazienti trattati con il vaccino Moderna.  Nota: le cifre sono approssimative. I dati per Omicron riflettono il lignaggio BA.1 della variante e sono estrapolati sulla base dei risultati di un vantaggio di crescita del 105% di Omicron rispetto a Delta.

Quanto più trasmissibile SARS-CoV-2 possa diventare è una questione aperta, ma ci sono dei limiti. Anche l’evoluzione è vincolata: un ghepardo non può evolversi per essere infinitamente veloce e SARS-CoV-2 non diventerà infinitamente trasmissibile.

Altri virus hanno raggiunto altipiani nella loro capacità di diffondersi. Alcuni virus respiratori come il morbillo sono più contagiosi dell’odierno SARS-CoV-2. Altri, come l’influenza, non sono generalmente contagiosi come SARS-CoV-2. Non sappiamo quando questo coronavirus raggiungerà il suo livello di trasmissibilità, ma alla fine accadrà.

Virus come questo possono anche diffondersi meglio “sfuggendo” all’immunità alle varianti precedenti. All’inizio della pandemia, poche persone avevano l’immunità a SARS-CoV-2. Ma ora gran parte del mondo ha anticorpi da vaccinazione o precedente infezione. Poiché questi anticorpi possono bloccare l’infezione, le varianti con mutazioni che li circondano hanno un vantaggio crescente.

L’importanza della fuga immunitaria è diventata evidente con Omicron. Le varianti precedenti come Delta erano solo modestamente in grado di eludere gli anticorpi, ma Omicron ha molte mutazioni che riducono la capacità degli anticorpi di riconoscerlo . Questo, unito a quanto sia contagioso Omicron, gli ha permesso di causare un’enorme ondata di infezioni .

Il fatto che il virus abbia sviluppato la capacità di infettare le persone che erano state vaccinate o precedentemente infettate non avrebbe dovuto essere una sorpresa , ma come è successo con Omicron lo è stata sicuramente. L’evoluzione spesso procede per gradi , con nuove varianti di successo discendenti da quelle recenti di successo . Ecco perché sei mesi fa molti scienziati , noi compresi, pensavano che la prossima variante sarebbe discendente da Delta, che all’epoca era dominante. Ma l’evoluzione ha sfidato le nostre aspettative e abbiamo ottenuto Omicron, che ha un numero enorme di mutazioni e non discende da Delta. Non si sa esattamente come il virus abbia fatto il grande salto evolutivo che ha portato a Omicron, anche se molti scienziati (noi compresi) sospettanola variante potrebbe essere emersa da qualcuno che non è stato in grado di combattere bene il virus, concedendogli il tempo di mutare.

È impossibile dire se le varianti future avranno più grandi salti simili a Omicron o cambiamenti graduali più tipici , ma siamo fiduciosi che SARS-CoV-2 continuerà ad evolversi per sfuggire all’immunità.

Mentre la trasmissibilità dei virus si stabilizza a un certo punto, altri virus umani che sfuggono all’immunità continuano a farlo. Il vaccino antinfluenzale viene aggiornato ogni anno da decenni per seguire l’evoluzione virale e alcuni virus influenzali non mostrano alcun segno di rallentamento . La fuga immunitaria è una corsa agli armamenti evolutiva senza fine, perché il sistema immunitario può sempre produrre nuovi anticorpi e il virus ha una vasta serie di mutazioni da esplorare in risposta. Ad esempio, Omicron ha solo una piccola parte delle molte mutazioni che sono state osservate nel SARS-CoV-2 o nei virus dei pipistrelli correlati, che a loro volta sono solo una piccola frazione di ciò che gli esperimenti di laboratorio suggeriscono che il virus potrebbe potenzialmente esplorare .

Prendendo tutto questo insieme, prevediamo che SARS-CoV-2 continuerà a causare nuove epidemie, ma saranno sempre più guidate dalla capacità di aggirare il sistema immunitario. In questo senso, il futuro potrebbe assomigliare all’influenza stagionale, dove nuove varianti causano ondate di casi ogni anno. Se ciò accade, cosa che prevediamo, potrebbe essere necessario aggiornare regolarmente i vaccini in modo simile ai vaccini antinfluenzali, a meno che non sviluppiamo vaccini a prova di varianti più ampi .

E, naturalmente, quanto tutto ciò sia importante per la salute pubblica dipende da quanto ci fa ammalare il virus. Questa è la previsione più difficile da fare, perché l’evoluzione seleziona i virus che si diffondono bene e se ciò fa aumentare o diminuire la gravità della malattia è principalmente una questione di fortuna. Ma sappiamo che l’immunità riduce la gravità della malattia anche quando non blocca completamente le infezioni e la diffusione, e l’immunità ottenuta dalla vaccinazione e dalle infezioni precedenti ha contribuito a smorzare l’impatto dell’onda Omicron in molti paesi. Vaccini aggiornati o migliorati e altre misure che rallentano la trasmissione rimangono le nostre migliori strategie per gestire un futuro evolutivo incerto.