Mutația care face coronavirusul Delta să se răspândească precum focul

Pe măsură ce lumea se confruntă cu varianta hiper-infecțioasă a coronavirusului Delta, oamenii de știință se luptă să înțeleagă baza biologică pentru comportamentul său.

O serie de studii au evidențiat o modificare a aminoacizilor prezenți în Delta care ar putea contribui la răspândirea sa rapidă. Delta este cu cel puțin 40% mai transmisibilă decât varianta Alpha identificată în Regatul Unit la sfârșitul anului 2020, sugerează studiile epidemiologice.

„Semnul cheie al Delta este că transmisibilitatea pare să crească până la următoarea notă”, spune Pei-Yong Shi, virolog la Universitatea din Texas Filiala Medicală din Galveston. „Am crezut că Alpha este destul de rău, foarte bun la răspândire. Acesta pare să fie și mai mult”, adaugă virologul, citat de Nature.

Echipa lui Shi și alte grupuri au redus la zero o mutație care modifică un singur aminoacid din proteina SARS-CoV-2 – molecula virală responsabilă de recunoașterea și invadarea celulelor. Modificarea, care se numește P681R și transformă un reziduu de prolină într-o arginină, se încadrează într-o regiune intens studiată a proteinei spike numită situl de scindare a furinei.

Prezența acestui scurt șir de aminoacizi a declanșat clopotele de alarmă atunci când SARS-CoV-2 a fost identificat pentru prima dată în China, deoarece este asociat cu o infecțiozitate crescută la alte virusuri, cum ar fi gripa, dar nu a fost găsit anterior în alte sarbecovirusuri, familie de coronavirusuri de care aparține SARS-CoV-2. „Această mică inserție iese și te lovește în față”, spune Gary Whittaker, virolog la Universitatea Cornell din Ithaca, New York.

Virus preactivat

Pentru a pătrunde în celule, proteina vârf SARS-CoV-2 trebuie tăiată de două ori de proteinele gazdă. În virusul SARS-CoV-1 care cauzează sindromul respirator acut sever (SARS), ambele incizii apar după ce virusul s-a blocat pe o celulă. Dar cu SARS-CoV-2, prezența locului de scindare a furinei înseamnă că enzimele gazdă (inclusiv una numită furină) pot face prima tăietură pe măsură ce particulele virale nou formate ies dintr-o celulă infectată. Aceste particule virale pre-activate pot continua apoi să infecteze celulele mai eficient decât particulele care necesită două tăieturi, spune Whittaker.

Delta nu a fost prima variantă SARS-CoV-2 care a obținut o mutație care modifică locul de scindare a furinei. Varianta Alpha are o schimbare diferită de aminoacizi în aceeași locație ca Delta. Dar dovezile disponibile sugerează că efectul mutației a fost deosebit de profund în Delta.

Într – un studiu a raportat ca inainte de tipar , la 13 august de, echipa Shi a constatat ca proteina Spike se taie mult mai eficient în particule Delta-variante decât în particule alfa, rezultate răsunau raportate în luna mai de virolog Wendy Barclay la Imperial College din Londra și echipa sa , care a comparat Delta cu o tulpină anterioară . Experimentele de urmărire efectuate de ambele grupuri au arătat că schimbarea P681R a fost în mare parte responsabilă pentru ca vârful să fie tăiat mult mai eficient. „Acest lucru l-a pus cu adevărat, în ceea ce privește mecanismul”, spune Shi.

Cercetătorii încep, de asemenea, să se alăture punctelor dintre P681R și infecțiozitatea feroce a Deltei. Echipa lui Shi a descoperit că, în celulele epiteliale ale căilor respiratorii umane cultivate infectate cu un număr egal de particule virale Delta și Alpha, Delta a întrecut rapid varianta Alpha, imitând modele epidemiologice care s-au desfășurat la nivel global. Dar avantajul Deltei a dispărut atunci când cercetătorii au eliminat schimbarea P681R.

Mutația ar putea accelera, de asemenea, răspândirea SARS-CoV-2 de la celulă la celulă. O echipă condusă de Kei Sato, un virusolog la Universitatea din Tokyo, a descoperit că proteinele spike care poartă schimbarea P681R fuzionează cu membranele plasmatice ale celulelor neinfectate – un pas cheie în infecție – de aproape trei ori mai rapid decât proteinele spike care nu au modificarea.

„Cred că virusul reușește în ceea ce privește volumul și viteza”, spune Whittaker. „A devenit un virus mult mai eficient. Trece prin oameni și trece prin celule mult mai repede. ”

Mai mult de o mutație

Deși există dovezi că schimbarea P681R este o caracteristică crucială a Delta, cercetătorii subliniază că este puțin probabil să fie singura mutație responsabilă pentru răspândirea rapidă a variantei. Delta transportă numeroase alte mutații la proteina spike, precum și la alte proteine ​​mai puțin bine studiate, care ar putea fi importante. „Este foarte simplist să spunem că este doar această modificare 681. Cred că este o sumă de toate ”, spune Teresa Aydillo-Gomez, virolog la Școala de Medicină Icahn din Muntele Sinai din New York.

Contextul, atât epidemiologic, cât și genetic, ar putea avea, de asemenea, un rol în creșterea Deltei, spun oamenii de știință. Unul dintre frații Delta, o variantă numită Kappa care, la fel ca Delta, a fost identificată pentru prima dată în India, poartă multe dintre aceleași mutații, inclusiv P681R, dar efectele sale nu au fost la fel de devastatoare ca Delta. Într-o preimprimare publicată pe 17 august, o echipă condusă de biologul structural Bing Chen de la Harvard Medical School din Boston, Massachusetts, raportează că proteina vârf a lui Kappa este scindată mai rar și se fuzionează cu membranele celulare mult mai puțin eficient decât Delta. Cercetătorii spun că această constatare ridică întrebări cu privire la rolul P681R.

Cercetătorii din Uganda au identificat schimbarea P681R într-o variantă care s-a răspândit pe scară largă în țară la începutul anului 2021, dar care nu a decolat niciodată așa cum a făcut Delta, chiar dacă prezintă multe dintre aceleași proprietăți în studiile de laborator bazate pe celule. Echipa lui Whittaker a introdus modificarea P681R într-o proteină de vârf din coronavirusul care circula în Wuhan, China, la începutul pandemiei și nu a constatat nicio creștere a infecțiozității sale ⁵ . „Este nevoie de mai mult de o mutație pentru a face diferența”, adaugă el.

Indiferent de rolul său în dominarea Deltei, spun Whittaker și alți oameni de știință, mutația a subliniat importanța înțelegerii schimbărilor în locul de decupare a furinei coronavirusului. Whittaker nu se așteaptă ca P681R să fie ultima mutație a site-ului de scindare a furinei care provoacă îngrijorare. „Aștept să văd ce se va întâmpla în continuare”.