Jak szczepienia ukształtowały globalną ścieżkę ewolucyjną SARS-CoV-2?

W niedawnym badaniu opublikowanym w bioRxiv* Serwer Prepress, naukowcy opracowali model maksymalnego prawdopodobieństwa (ML), aby uchwycić dynamikę ewolucyjną koronawirusa zespołu ostrej niewydolności oddechowej 2 (SARS-CoV-2) w wielu regionach geograficznych.

Ponadto określili wpływ szczepień i wcześniejszej infekcji na szybkość zmian antygenowych między wariantami SARS-CoV-2.

Model badawczy reprezentuje elementy sprawności wewnętrznej i antygenowej SARS-CoV-2 do tej analizy. Ponadto zebrano dane z sekwencji o rozdzielczości czasowej, zapisów epidemiologicznych i testów krzyżowej neutralizacji, aby wywnioskować parametry modelu.

tło

Szybka transformacja klastrów genów SARS-CoV-2, z nowymi wariantami wykazującymi zwiększoną sprawność i zdolność przenoszenia, osłabiła odporność krzyżową spowodowaną wcześniejszą infekcją i szczepieniami. Warto również zauważyć, że ponieważ zależy to od odporności populacji, ewolucyjny efekt zmian antygenowych pomiędzy wariantami SARS-CoV-2 jest zależny od czasu. Dlatego w przeszłości krążące szczepionki wpływały na obrót krążących mas wirusa grypy.

W 2021 r. globalna liczba szczepień przeciwko chorobie koronawirusowej 2019 (COVID-19) osiągnęła 4,5 miliarda. Jednak badania prawie nie określiły wpływu tych zakrojonych na szeroką skalę kampanii szczepień na globalną epidemiologiczną i ewolucyjną dynamikę SARS-CoV-2.

o nauce

W tym badaniu naukowcy uzyskali ponad pięć milionów kontrolowanych sekwencji SARS-CoV-2 z Global Initiative to Share All Influenza Databases (GISAID), aby śledzić wszystkie krążące bloki SARS-CoV-2. Wykorzystali zestaw zmian aminokwasów (AA), aby przypisać bloki genetyczne do uzyskanych danych sekwencyjnych. Następnie wydedukowali zależne od czasu częstotliwości kladów z liczby potomstwa przez okres 30 dni.

W ciągu ostatnich dwóch lat trzy warianty SARS-CoV-2 budzących obawy (VOC) i powiązane klastry osiągnęły globalne rozpowszechnienie: 1) alfa (α) między marcem a czerwcem 2021, 2) delta (δ) między czerwcem a grudniem 2021 r. , oraz 3) Omicron(o) w 2022 roku. Naukowcy zarejestrowali trajektorie częstotliwości transformacji LZO dla wielu krajów spełniających standardowe kryteria i trzech stanów USA, Nowego Jorku, Teksasu i Kalifornii. Upewnili się, że wszystkie dane są dokładne i rozwiązane w odpowiednim czasie. Jedna dotyczyła płytek krwi krążących przed α, w tym typu dzikiego (wt) i tych z wczesną mutacją 614G w białku wypustkowym SARS-CoV-2 (S).

Analiza badania obejmowała 11 regionów dla przesunięcia 1 – α, 16 dla przesunięcia α – i 14 dla przesunięcia δ – o. Na koniec zespół przeanalizował regiony pod kątem przejść zarówno α−δ, jak i δ−o, aby prześledzić długoterminowe trajektorie ewolucyjne SARS-CoV-2.

Wyniki

W 2021 r., podczas gdy szczepienie pierwotne wpłynęło na szybkość transformacji SARS-CoV-2 na całym świecie, szczepienie przypominające skutkowało wyższą ochroną krzyżową, ale słabszą selekcją ucieczki antygenu. Wyniki badań podkreślają zatem znaczenie włączenia ewolucyjnych informacji zwrotnych do projektowania szczepionek.

Co więcej, analiza badania wykazała, że ​​selekcja antygenów zwiększyła swoją moc i poszerzyła swój cel. Na przykład, indukowana infekcją selekcja antygenu silnie wzrosła od 0,01 do 0,03 w przejściach α- i δ-o. Zarówno szczepienie, jak i wcześniejsze infekcje powodowały znaczną selekcję antygenu nad krążącymi wariantami SARS-CoV-2 i modulowały częstotliwość udanych transformacji kladów.

Jednak selekcja antygenu nie spowodowała ani nie zapobiegła tym przesunięciom, ponieważ nieodłączne zmiany funkcjonalne generują odpowiednią przewagę sprawności dla wariantów inwazyjnych, niezależnie od immunogenności populacji.

Innymi słowy, SARS-CoV-2 wytwarzał wiele składników antygenowych (odmienne warianty) początkowo, to znaczy w czasie jego rozprzestrzeniania się na ludzi. Jeśli SARS-CoV-2 przejdzie w stan endemiczny, odporność populacji na krążące warianty powinna napędzać jej ewolucję antygenową, ale ta transmisja spowolni jej rozwój antygenowy. Ponadto, najbardziej znaczące zmiany w dryfach antygenowych SARS-CoV-2 stałyby się kompensacyjne, jak zaobserwowano na ścieżce ewolucyjnej SARS-CoV-2 dającej początek Omicronowi. Co ciekawe, w przypadku Omicron silniejsze powinowactwo wiązania z receptorami komórek ludzkich kompensuje zmniejszoną fuzję.

Wnioski

Model sprawności oparty na danych wykorzystany w badaniu ułatwił śledzenie ewolucji wieloaspektowego trwałego antygenu SARS-CoV-2. Może również przewidzieć, w jaki sposób SARS-CoV-2 będzie ewoluować w przyszłości, aby kierować strategiami szczepień zapobiegawczych. Co ważniejsze, analiza badania wykazała, że ​​związek między zasięgiem szczepień a szybkością rozwoju był skomplikowany ze względu na wzajemne powiązania między kanałami immunologicznymi. Tak więc mniej szczepień prowadzi do większej liczby infekcji SARS-CoV-2, budując odporność krzyżową w innych kanałach odpornościowych.

Warto również zauważyć, że selekcja antygenu spowodowana infekcją zawsze zawiera składniki przeciwnych typów. Dlatego też, podczas gdy początkowe infekcje przez dziedziczny klad SARS-CoV-2 generowały pozytywną selekcję, infekcja przez nowe wytworzone formacje skutkowała selekcją negatywną. Cykl ten przedłużył współistnienie zarówno przodków, jak i podbojów. Selekcja antygenu SARS-CoV-2 dała złożone, ale mierzalne fenotypy zależne od czasu.

*Ważna uwaga

bioRxiv publikuje wstępne raporty naukowe, które nie podlegają wzajemnej ocenie, a zatem nie powinny być uważane za rozstrzygające, ukierunkowywać praktykę kliniczną/zachowania związane ze zdrowiem lub być traktowane jako ustalone informacje.