Kako nastajajo nove variante virusa?

Novi koronavirus je v enem letu dokazano okužil približno 130 milijonov ljudi in se razvil v pahljačo novih bolj ali tudi manj nevarnih variant, od katerih nekatere z evolucijo postajajo prevladujoče pri nadaljnjem okuževanju. Kako to deluje? Evolucijo najlažje primerjamo z vsem znanim in splošno priljubljenim fotokopirnim strojem. Vzamete papir z besedilom, ga kopirate, pogledate kopijo, ali je še mogoče brati z nje, in jo daste naprej komu, ki jo bo spet kopiral in pogledal, ali je še čitljiva, in jo spet dal naprej. Če to počnete dovolj dolgo, pri kopiranju nastajajo majhne naključne neusmerjene napake, zaradi katerih se kaka črka spremeni, zabriše, zbriše, počrni, da ni več berljiva. Torej – informacija, razmnoževanje z napako, selekcija.

Nastajanje novih kopij RNK genoma virusa in pakiranje teh v kapside v naših celicah je v bistvu analogni biokemijski fotokopirni stroj. Ker pri tem dela napake, vse kopije niso identične. Virusne RNK-polimeraze delajo napako vsakih 1000 do sto tisoč prepisanih nukleotidov. Torej v skrajnem primeru (to je brez popravljalnega mehanizma, ki ga virus ima) 28 napak na genom virusa SARS-CoV-2, dolg 28 tisoč nukleotidov, ali napaka na vsak četrti na novo sintetizirani genom virusa s popravljalnim mehanizmom. Ko imate v telesu 1011 (100 milijard) novih kopij virusnih delcev, lahko izračunate, da jih ima vsaj 25 odstotkov vsaj eno mutacijo, in to ne na istih mestih v genomu. Spremembe so zelo različne, podobno kot v človeškem genomu, točkovne, lahko pride do vrivanja ali brisanja enega ali več mest v zaporedju, obračanja kosov DNK in drugega. Bolj ko raziskujemo, več mehanizmov prepoznavamo. Torej imate kot produkt ene okužbe v enem organizmu 1011 novih genomov, spakiranih v kapsidne glavice virusa. Nekateri od njih imajo napake. Sprostimo jih na različne načine. Ko govorimo, kašljamo, kihamo in navkljub higienskim navodilom in navodilom o ravnanju v času pandemije odmaknemo masko, kihnemo v dlan, da škropi na vse strani, nadenemo masko nazaj, se obrišemo v nakupovalni voziček, sprostimo ogromno majhnih delcev, drobnih vodnih kapljic. Te v zraku lebdijo in delujejo kot rafti, na katerih potujejo virusi po ozračju v prostoru. V bistvu je to stoječa virusna megla v prostoru, ki jo pretakamo po prezračevalnih napravah, ki praviloma niso bile opremljene s filtri za zadrževanje tako majhnih delcev. O kakšnih delcih govorimo? Prašne delce PM < 10 vsi poznamo, so produkt izgorevanja fosilnih goriv in povzročajo pljučna obolenja v mestnih in industrijsko onesnaženih okoljih. Del izgovorjenih, izkašljanih, izpljuvanih, izkihanih kapljic je velik od 5 do 10 mikrometrov (mikronov, milijonink metra). Na taki kapljici, žogi, veliki 10 mikrometrov, lahko »deska« ogromno bakterij, ki so velike približno mikron. Koliko meter visokih otrok spravimo na desetmetrsko jahto? Tako je razmerje pri bakterijah. SARS-CoV-2 pa je po meritvah približno do desetkrat (z nekaj odstopanja) manjši, od 0,1 do 0,5 mikrona. Ok, koliko dojenčkov, velikih 0,3 metra, spravimo na desetmetrsko jahto? Predvidevam, da je odgovor večine, da veliko.

Selekcija, ta je ključna. Nekatere od napak, ki jih je naredila RNK-polimeraza, povzročijo, da je novonastala virusna verzija lahko neuporabna, slabo infektivna, enako nevarna kot prejšnje ali pa tudi bolj. Naključja pač. Če je po naključju 3D-konfiguracija vezavnega proteina na površju virusa tako spremenjena in so hkrati pozitivni in negativni naboji na površju tega vezavnega proteina bolj povezljivi s 3D-konfiguracijo negativnih in pozitivnih nabojev na receptorju na celici, potem bodo te virusne variante pač prej našle točko vstopa, se prej vezale, prej vstopile, vstopile v večjem deležu in zgenerirale več novih lastnih virusnih delcev, nekatere pač tudi z nekaj novimi napakami. Torej ni nič čudnega, če bo v naslednji generaciji 1011 nastalih delcev precej večji delež tistih, ki so bolj lepljivi in se uspešneje vežejo na celice in vanje vstopajo. Tiste virusne variante, ki zaradi napak niso funkcionalne, se slabo primejo receptorjev na površju celice ali pa imajo slabše RNK-polimeraze ali kakšne druge spremembe, ne bodo imele fizične možnosti okužiti dovolj celic in bodo izumrle. Ne bodo imele potomcev. Ne bodo pognale fotokopiranja. To je vse. Pomembno pa je, da bodo navkljub biokemijskim napakam ostale in v nadaljnjih ciklih nastale nove variante, ki bodo ta fotokopirni vrtiljak SARS-CoV-2 izvrstno poganjale še naprej. Glede na podatke o pandemiji se dogaja natančno to. Da pa ne bo zmede: kako se med podvajanjem virusne RNK pojavijo napake, smo opisali. Te napake v virusni RNK imenujemo mutacije. Rezultat so virusi, ki so si podobni, vendar niso natančne kopije prvotnega virusa. Viruse s temi mutacijami imenujemo mutante, variante, verzije, različice ... Variante se lahko razlikujejo po eni ali več mutacijah. Biokemijski in medicinski učinki teh mutacij utegnejo biti zelo različni. Varianto virusa, ki je zaradi mutacij drugače zgrajena in se obnaša drugače od starševskega virusa, preimenujemo in postane sev. Pamet v roke. Nove virusne variante in seve lahko sproduciramo tudi v Sloveniji.