S tím, jak jsou viry vystaveny tlaku selekčního prostředí, mutují, vyvíjejí se a vytvářejí varianty, které mohou mít zvýšenou virulenci. Některé z primárních obav, které mají úředníci v oblasti veřejného zdraví, zahrnují virovou přenositelnost, míru reinfekce, závažnost onemocnění a účinnost vakcíny.

 

Jak mutují RNA viry?

Míra mutací jednořetězcových virů ribonukleové kyseliny (ssRNA) je mnohem vyšší než u organismů, které mají jednořetězcovou deoxyribonukleovou kyselinu (ssDNA), a mnohonásobně vyšší než u organismů s dvouřetězcovou DNA (dsDNA). Ne všechny mutace nutně zvyšují virulenci a ve většině případů mohou být ve skutečnosti škodlivé nebo bezvýznamné. Organismy proto musí najít rovnováhu mezi vysokou mírou mutací, která jim umožňuje přizpůsobit se měnícím se podmínkám prostředí, a nízkou mírou, která snižuje výskyt katastrofických mutací. Malé DNA viry mohou kódovat svou vlastní opravu DNA a některé RNA viry také sdílejí schopnost kontrolovat a opravovat chyby replikace. Zatímco však DNA viry obecně spoléhají na transkripční aparát hostitelské buňky, RNA viry kódují svůj vlastní transkripční aparát. To znamená, že rychlost replikace a mutace RNA virů přímo souvisí s jejich vlastním genomem a je tak vystavena stejným evolučním tlakům. Vignuzzi & Andino (2012) poznamenávají, že potomci RNA virů, s genomy běžně spadajícími do rozsahu velikosti 7-12 kilobází (kb) na délku, mají tendenci nést jednu nebo dvě různé mutace na nukleotidové místo. Předpokládá se, že genom těžkého akutního respiračního syndromu koronaviru 2 (SARS-CoV-2) je dlouhý přibližně 27–31 kb, což zvyšuje celkový počet získaných mutací, aniž by se nutně zvýšila míra výskytu. Schopnost rychle získat nové genetické vlastnosti umožňuje virům, aby se objevily u nových hostitelů, vyhnuly se imunitě vyvolané vakcínou a staly se virulentnějšími. Navíc může být tato schopnost také dvousečným mečem, pokud jde o zlepšení celkové kondice genomu.

 

Jaké varianty obav byly nalezeny?

Světová zdravotnická organizace (WHO) nedávno vydala nomenklaturní systém pro pojmenování a sledování SARS-CoV-2, který pomůže při veřejných diskusích o variantách, jakmile se objeví. Tento nomenklaturní systém byl vyvinut virologickými, mikrobiálními, nomenklaturními a komunikačními specialisty z celého světa, aby bylo zajištěno, že bude možné varianty SARS-CoV-2 snadno vyslovovat a vyvarujeme se jakýchkoli potenciálně stigmatizujících výrazů. Za tímto účelem expertní skupina svolaná WHO doporučila používat písmena řecké abecedy jako názvy pro každou novou variantu SARS-CoV-2.

 

Linie B.1.1.7 (varianta alfa)

Jeden nový kmen s obzvláště velkým počtem mutací byl poprvé zaznamenán ve Velké Británii v září 2020 a nazván VOC 202012/01 (VOC=varianta vzbuzující obavy). Varianta B.1.1.7 je známá také jako 20B/501Y.V1 podle amerického CDC, stejně jako varianta alfa podle WHO. Tento kmen, který je od té doby označován jako varianta B.1.1.7, má celkem 23 mutací se 17 změnami aminokyselin.Od své identifikace ve Velké Británii byl kmen B.1.1.7 nalezen ve více než 90 různých zemích po celém světě. Od 7. dubna 2021 je varianta B.1.1.7 nejčastějším zdrojem nových infekcí SARS-CoV-2 v USA. U tohoto specifického kmene je znepokojivé, že je podle předpokladů o 30–50 % infekčnější než původní kmeny SARS-CoV-2 a může být také smrtelnější. Současné vakcíny však na kmen stále fungují.

Kmen B.1.1.7 má klíčové mutace: delece N501Y, P681H, H69-V70 a Y144/145.

U SARS-CoV-2 interaguje s receptory ACE2 v těle pomocí svého spike proteinu. Skládá se ze dvou podjednotek, z nichž první obsahuje doménu vázající receptor. Linie B.1.1.7 má mutaci na doméně vázající receptor, konkrétně aminokyselinu asparaginu, která je nahrazena tyrosinem v pozici 501, proto se mutace nazývá N501Y. Navíc kmen často vykazuje deleci aminokyselin 69 a 70, které také spontánně vznikají u jiných kmenů a způsobují konformační změnu spike proteinu. V pozici 681 bylo rovněž zjištěno, že mutace z prolinové aminokyseliny na histidin vzniká spontánně u několika kmenů a je výrazná v B.1.1.7, stejně jako mutace do otevřeného čtecího rámce 8, jehož funkce ještě není plně objasněna. Důkazy naznačují, že tento kmen je přenosnější, i když se nezdá, že by snižoval účinnost vakcíny. Nedávné studie říkají, že kmen je smrtelnější a souvisí s vyšší pravděpodobností hospitalizace.

 

Linie B.1.351 (verze beta)

Také kmen B.1.351 sdílí mutaci N501Y a je známý jako 20C/501Y.V2 nebo varianta beta. Varianta beta SARS-CoV-2 byla poprvé detekována v Jižní Africe v říjnu 2020 a od té doby byla nalezena ve více než 48 dalších zemích.

Kmen B.1.351 má klíčové mutace: N501Y, K417N, E484K.

Předpokládá se, že jihoafrická varianta je asi o 50 % přenosnější ve srovnání s předchozími variantami, které byly identifikovány v Jižní Africe. Dosud bylo zjištěno, že vakcína od Pfizer-BioNTech je účinná na 75 % proti infekci touto variantou. Dále bylo zjištěno, že účinnost vakcíny proti závažnému, kritickému nebo smrtelnému onemocnění způsobenému infekcí SARS-CoV-2 touto variantou, stejně jako variantou B.1.1.7, je 97,4 %. Bohužel bylo zjištěno, že vakcína od Oxford-AstraZeneca je proti variantě B.1.351 méně účinná, což vedlo JAR k pozastavení zavádění této specifické vakcíny v zemi.

 

Line P.1 linie (varianta gama)

Linie P.1 SARS-CoV-2, která je známá také jako 20J/501Y.V3 nebo varianta gama, byla poprvé popsána Národním institutem pro infekční choroby v Japonsku, a předpokládá se, že se sem dostala z Brazílie (varianta byla vysledována do města Manaus v Brazílii). Kmen není považován za smrtelnější, ale je přenosnější než původní kmen SARS-CoV-2.

Kmen P.1 má klíčové mutace: N501Y, K417T, E484K.

Linie P.1 je větví linie B.1.1.248 a nese 12 mutací v spike proteinu, včetně dříve zmíněného N501Y a výměny kyseliny glutamové za lysin v pozici 484 (E484K). Je blízkým příbuzným kmene B.1.351. Mutace E484K byla dříve hlášena v jiné linii pocházející z Brazílie již v létě 2020 (B.1.1.28). Údaje z klinických studií s použitím vakcíny mRNA od Moderny zjistily, že jediná posilovací dávka této vakcíny úspěšně zvýšila neutralizační titry proti viru a variantám B.1.351 a P.1 u jedinců, kteří byli dříve očkováni. Je pozoruhodné, že tato posilovací dávka zahrnovala použití vakcíny mRNA-1273.351, což je vakcína s odpovídajícím kmenem, která byla odvozena z původní vakcíny mRNA Moderna označené jako mRNA-1273.

 

Linie B.1.427/B.1.429 varianta CAL.20C (varianty epsilon)

Předpokládá se, že varianta CAL.20C, která zahrnuje linie B.1.427 a B.1.429, vznikla v květnu 2020 v Kalifornii. Obě varianty, které se souhrnně nazývají varianty epsilon, jsou o 20 % infekčnější než dříve existující varianty kmenů, i když se nezdá, že by se šířily tak rychle jako některé varianty B.1.1.7. Varianty B.1.427/B.1.429 byly nyní detekovány v Severní Americe, Evropě, Asii a Austrálii. Vědci zjistili, že neutralizační protilátky získané od lidí, kteří dříve dostali vakcínu Moderna nebo Novavax, byly proti těmto variantám o něco méně účinné, ale přesto vytvořily účinnou ochranu. Ačkoli vakcína Pfizer nebyla v tomto dokumentu studována, vědci se domnívají, že jelikož používá podobnou technologii jako vakcína Moderna, pravděpodobně by měla podobnou odpověď.

Kmen má klíčovou mutaci L452R.

 

Linie B.1.525 (varianta eta) a B1.526 (varianta jota).

V prosinci 2020 bylo poprvé zjištěno, že se v New Yorku šíří varianta B.1.525, jinak známá jako varianta eta. Stejně jako linie B.1.1.7 variant SARS-CoV-2 se zdá, že i varianta B.1.525 má stejnou mutaci E484K a deleci H69-V70. Kromě těchto mutací nese variantní linie B.1.525 také mutaci Q677H. Kromě linie B.1.525 byla v New Yorku identifikována také linie B.1.526, jinak známá jako varianta jota. Je pozoruhodné, že linie B.1.526 se objevuje ve dvou formách; jedna se spike mutací E484K, zatímco druhá má mutaci S477N. Zdá se, že neutralizační protilátky jak z rekonvalescentní plazmy pacientů, kteří se zotavili z covid-19, tak těch, které jsou produkovány po vakcinaci, jsou proti těmto dvěma variantám méně účinné (k potvrzení tohoto pozorování je však třeba provést další práci).

 

Linie B.1.617 linie (varianty kappa a delta)

Kmen B.1.617 byl nazván „virem s dvojitým mutantem“ kvůli dvěma mutacím, které v sobě nese. Tyto dvě klíčové mutace jsou E484Q a L452R.

Rychlost, s jakou se varianta rozšířila po Indii, naznačuje některým vědcům, že je varianta vysoce přenosná. Toto pozorování je z velké části způsobeno skutečností, že varianta B.1.617 se zdá mít větší prevalenci ve srovnání s ostatními variantami, které byly zjištěny v Indii, jako je například varianta B.1.618, která se původně vyskytovala v Západním Bengálsku. Protože se varianta B.1.617 v Indii nadále šíří alarmujícím tempem, byly identifikovány 3 různé podtypy této varianty, které zahrnují varianty B.1.617.1, B.1.617.2 a B.1.617.3. Ve srovnání s prvním podtypem této varianty, který je také známý jako varianta kappa, data naznačují, že varianta B.1.617.2 nebo delta má výhodu rychlosti růstu, která jí umožnila stát se dominantním podtypem vyskytujícím se ve většině oblastí Indie. Dodnes není zcela jasné, proč je varianta B.1.617.2 tak přenosná a zda současné vakcíny mohou nabídnout ochranu proti této variantě. Jedna studie vytvořená týmem výzkumníků z Cambridgeské univerzity však zjistila, že neutralizační protilátky vytvořené jedinci, kteří byli dříve očkováni jednou dávkou vakcíny Pfizer, jsou asi o 80 % méně účinné proti některým mutantům B.1.617. Kromě toho tým německých vědců zjistil, že neutralizační protilátky odebrané pacientům, kteří byli dříve infikováni SARS-CoV-2, byly o 50 % méně účinné při neutralizaci těchto cirkulujících kmenů. Je však třeba poznamenat, že tato data nemusí nutně naznačovat, že vakcíny jsou proti těmto variantám neúčinné.

 

Linie P.2 (varianta zeta)

Linie P.2 variant SARS-CoV-2, které jsou jinak známé jako varianty zeta, nezávisle na sobě nahromadila vrcholovou mutaci E484 a byla původně v dubnu 2020 identifikována v Brazílii. K dnešnímu dni existují omezené informace o tom, zda terapie monoklonálními protilátkami a protilátky vytvořené po vakcinaci mají sníženou účinnost proti této variantě. 

Co víme o variantě omikron 

Mutace zájmu/mutace obav

Zjevná spontánnost vývoje některých klíčových mutací, o kterých zde byla řeč, naznačuje, že virus by mohl po celém světě zažívat konvergentní selekční tlaky, přičemž nejpřenosnější formy předčí své „pomalejší“ příbuzné. Mezi současné mutace zájmu (obav), které mohou napomáhat šíření koronaviru, patří:

D614G

Mutace D614G je z linie B.1 a objevila se na začátku roku 2020. Mutace se rychle rozšířila po celém světě a stala se dominantní. Mutace D614G je missense mutace, při které pozměněný jeden pár bází DNA způsobí substituci kyseliny asparagové (jednopísmenný kód: D) glycinem (jednopísmenný kód: G) v proteinu, který mutovaný gen kóduje.

N501Y

Mutace je přítomna v několika liniích včetně B.1.345, B.1.17 a P.1. Mění aminokyselinu asparagin (N) na tyrosin (Y) na pozici 501 v doméně spike proteinu viru vázající receptor, což může pomoci viru v těsnější vazbě na buňky.

E484K nebo „Eek“

Tato mutace spike proteinu byla nalezena v několika liniích a může pomoci viru vyhnout se některým typům protilátek. V něm dochází na pozici 484 k výměně kyseliny glutamové za lysin.

E484Q

Tato mutace spike proteinu je také mutována na pozici 484 s rozdílem, že kyselina glutamová je nahrazena glutaminem. Předpokládá se, že mutace zvyšuje imunitní únik a vazbu ACE2.

K417

Mutace spike proteinu byla nalezena v několika liniích, včetně P.1 a B.1.351. Předpokládá se také, že pomáhá viru pevněji se vázat na buňky. Mutace je K417N u kmene B.1.351 a K417T u kmene P.1.

L452R

Mutace spike proteinu L452R se objevila v několika liniích. V mutaci dochází k substituci leucinu za arginin v aminokyselině 452. Předpokládá se, že mutace zvyšuje imunitní únik a vazbu ACE2. Mutace byla pozorována jak v USA, tak v Evropě v roce 2020, před zvýšením prevalence v lednu 2021, protože je přítomna zejména ve variantě CAL.20C, která se rozšířila v Kalifornii, zejména v Los Angeles. Je také pozoruhodně přítomna ve variantě B.1.617. Laboratorní studie zjistily především, že léčba specifickými monoklonálními protilátkami nemusí být tak účinná při léčbě covid-19 způsobeného variantami s mutacemi L452R nebo E484K.

Q677

Mutace Q677 se nachází na straně spike proteinu SARS-CoV-2, což naznačuje, že může hrát roli ve zvýšení penetrability viru do lidských buněk. K dnešnímu dni byla mutace Q777 identifikována v několika různých liniích variant SARS-CoV-2, z nichž 7 bylo identifikováno v USA. Varianta Q677 dosud nebyla stanovena jako infekčnější ve srovnání s již existujícími mutacemi.

 

Které oblasti genomu SARS-CoV-2 nejvíce mutují?

Velká metastudie, kterou provedli Koyama, Platt & Parida (2020), shromáždila více než 10 000 genomů SARS-CoV-2 po celém světě a porovnala je, aby detekovala nejběžnější mutace, přičemž identifikovala téměř 6000 odlišných variant. Nejvíce odlišným segmentem genomu byl ORF1ab, který je zdaleka největší, protože zaujímá přibližně třetinu genomu. ORF1ab je transkribován do multiproteinového komplexu, který je nakonec štěpen na řadu nestrukturálních proteinů, které se účastní transkripce. Některé z těchto proteinů jsou cílem antivirových léků remdesivir a favipiravir, což může být důvodem k obavám ohledně vývoje kmene, proti kterému tyto léky nemají žádný účinek. Druhá nejrozmanitější oblast genomu SARS-CoV-2 je kolem spike proteinu, který musí zůstat z velké části konzervovaný, aby mohl interagovat s ACE2. Bylo popsáno, že některé mutace, jako je D364Y, zvyšují strukturální stabilitu spike proteinu a zvyšují jeho afinitu k receptoru. Většina však pravděpodobně sníží virulenci viru do takové míry, že linie rychle vymře.