Por que as novas variantes do Coronavírus estão se espalhando de forma tão dramática pelo mundo?

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Uma nova variante do coronavírus se espalhou pelo Reino Unido e foi detectada nos Estados Unidos, Canadá e outros lugares. Os cientistas estão preocupados que essas novas cepas possam se espalhar mais facilmente.

Como biólogo evolucionista, estudo como mutação e seleção se combinam para moldar mudanças nas populações ao longo do tempo. Nunca antes tínhamos tantos dados em tempo real sobre a evolução quanto temos com o SARS-CoV-2 : mais de 380.000 genomas foram sequenciados no ano passado.

O SARS-CoV-2 sofre mutação à medida que se espalha, gerando pequenas diferenças em seu genoma. Essas mutações permitem que os cientistas rastreiem quem está relacionado a quem na árvore genealógica do vírus .

Biólogos evolucionistas, inclusive eu, alertaram contra a interpretação exagerada da ameaça representada por mutações. A maioria das mutações não ajudará o vírus, assim como chutar aleatoriamente uma máquina em funcionamento provavelmente não o fará melhor.

Mas de vez em quando, uma mutação ou conjunto de mutações dá uma vantagem ao vírus. Os dados são convincentes de que as mutações carregadas pela variante que apareceu pela primeira vez no Reino Unido, conhecida como B.1.1.7, tornam o vírus mais “adequado”.

Maior preparo físico ou chance?

Quando uma nova variante se torna comum, os cientistas determinam a razão por trás de sua disseminação. Um vírus que carrega uma mutação específica pode aumentar em frequência por acaso se for:

  • transportado por um superespalhador;
  • mudou-se para um novo local não infectado;
  • introduzido em um novo segmento da população.

Os dois últimos exemplos são chamados de “eventos fundadores”: um rápido aumento na frequência pode ocorrer se uma determinada variante for introduzida em um novo grupo e iniciar uma epidemia local . Eventos fortuitos podem explicar o aumento na frequência de várias variantes diferentes do SARS-CoV-2 .

Mas B.1.1.7 é uma exceção. Mostra um sinal de seleção muito forte. Nos últimos dois meses, B.1.1.7 aumentou em frequência mais rápido do que o não B.1.1.7 em praticamente todas as semanas e nas regiões de saúde da Inglaterra. Esses dados, relatados em 21 de dezembro de 2020, ajudaram a convencer o primeiro-ministro do Reino Unido , Boris Johnson, a colocar grande parte do país sob bloqueio e levaram a proibições de viagens generalizadas do Reino Unido

A ascensão de B.1.1.7 não pode ser explicada por um evento fundador em novas regiões, porque COVID-19 já estava circulando no Reino Unido. Eventos fundadores em um novo segmento da população (por exemplo, após uma conferência) também não são plausíveis dadas as restrições generalizadas contra grandes aglomerações na época.

Nossa capacidade de rastrear a evolução do SARS-CoV-2 se deve ao enorme esforço dos cientistas para compartilhar e analisar dados em tempo real. Mas o conhecimento incrivelmente detalhado que temos sobre B.1.1.7 também se deve à pura sorte. Uma de suas mutações alterou uma seção do genoma usada para testar o COVID-19 no Reino Unido, permitindo que o quadro da disseminação evolutiva fosse desenhado em mais de 275.000 casos .

Evolução em ação

Epidemiologistas concluíram que B.1.1.7 é mais transmissível, mas não há sinais de que seja mais mortal. Alguns pesquisadores estimam que B.1.1.7 aumenta o número de novos casos causados ​​por um indivíduo infectado (chamado de número reprodutivo ou Rt) entre 40 e 80 por cento ; outro estudo preliminar descobriu que Rt aumentou em 50-74 por cento .

Uma vantagem de 40-80 por cento significa que B.1.1.7 não é apenas um pouco mais adequado, é muito mais adequado. Mesmo quando a seleção é tão forte, a evolução não é instantânea. Nossa modelagem matemática, bem como a de outros no Canadá e nos Estados Unidos , mostra que B.1.1.7 leva alguns meses para atingir sua ascensão meteórica, porque apenas uma pequena fração dos casos carrega inicialmente a nova variante.

Para muitos países, como Estados Unidos e Canadá, onde o número de casos COVID-19 tem aumentado precariamente, uma variante que aumenta a transmissão em 40-80 por cento ameaça nos empurrar para o topo. Pode levar a um crescimento exponencial de casos e sobrecarregar o atendimento médico já desgastado. A mudança evolucionária demora um pouco, dando-nos talvez algumas semanas para nos prepararmos.

Mais variantes

Uma surpresa para os pesquisadores foi que B.1.1.7 carrega um número notável de novas mutações. B.1.1.7 acumulou 30-35 mudanças no ano passado. B.1.1.7 não sofre mutação em uma taxa mais alta, mas parece ter sofrido um surto de mudanças rápidas no passado recente.

covid variantes imagem corporal tc(NextStrain / CC BY 4.0)

O vírus pode ter sido transportado por um indivíduo imunocomprometido . Pessoas com sistema imunológico mais fraco lutam contra o vírus constantemente, com infecções prolongadas, rodadas recorrentes de replicação viral e apenas uma resposta imunológica parcial para a qual o vírus está em constante evolução .

Relatórios de pesquisa preliminares que ainda não foram verificados descreveram duas outras variantes preocupantes: uma originária da África do Sul (B.1.351) e uma do Brasil (P1) . Ambas as variantes mostram uma história recente de mutações em excesso e aumentos rápidos na frequência nas populações locais. Os cientistas estão atualmente reunindo os dados necessários para confirmar que a seleção para uma transmissão mais elevada, não o acaso, é a responsável.

O que mudou para permitir a propagação?

A seleção desempenha dois papéis na evolução dessas variantes. Considere primeiro o papel dentro daqueles indivíduos nos quais surgiu o grande número de mutantes. As mutações 23 de B.1.1.7 e as mutações de P1 21 não estão dispostas aleatoriamente no genoma, mas agrupadas no gene que codifica a proteína spike .

Uma alteração no pico, chamada N501Y, surgiu independentemente em todas as três variantes, bem como em pacientes imunocomprometidos estudados nos EUA e no Reino Unido. Outras alterações no pico (por exemplo, E484K, del69-70) são observadas em duas das três variantes.

Além do pico, as três variantes de preocupação compartilham uma mutação adicional que exclui uma pequena parte da drably chamada “proteína não estrutural 6” (NSP6). Ainda não sabemos o que a deleção faz, mas em um coronavírus relacionado, o NSP6 engana um sistema de defesa celular e pode promover a infecção por coronavírus . O NSP6 também sequestra esse sistema para ajudar a copiar o genoma viral . De qualquer forma, a exclusão pode alterar a capacidade do vírus de se estabelecer e se replicar em nossas células.

Transmissão mais fácil

A evolução paralela das mesmas mutações em diferentes países e em diferentes pacientes imunocomprometidos sugere que elas transmitem uma vantagem seletiva para escapar do sistema imunológico dos indivíduos nos quais as mutações ocorreram. Para o N501Y, isso foi apoiado por experimentos em ratos .

Mas o que explica a maior taxa de transmissão de indivíduo para indivíduo? É um desafio responder porque as muitas mutações que surgiram ao mesmo tempo agora estão agrupadas nessas variantes e pode ser qualquer uma ou uma combinação delas que leva à vantagem de transmissão.

Dito isso, várias dessas variantes surgiram antes por conta própria e não levaram a uma disseminação rápida. Um estudo mostrou que o N501Y tinha apenas uma vantagem de transmissão fraca por conta própria , aumentando rapidamente apenas quando acoplado com o conjunto de mutações observado em B.1.1.7.

Enquanto a história evolutiva de COVID ainda está sendo escrita, uma mensagem importante está surgindo agora. A vantagem de transmissão de 40-80 por cento de B.1.1.7, e potencialmente das outras variantes B.1.351 e P1, vai dominar muitos países nos próximos meses .

Estamos em uma corrida contra a evolução viral. Devemos lançar vacinas o mais rápido possível, conter o fluxo de variantes, restringindo interações e viagens, e prevenir a disseminação aumentando a vigilância e o rastreamento de contatos.

Sarah Otto , Professora de Biologia Evolutiva da Killam University, University of British Columbia .

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