Ris stökkbrigðanna

Þau eru kennd við löndin sem þau fyrst upp­götv­uð­ust í: Breska afbrigðið. Suð­ur­a­fríska afbrigðið. Það brasil­íska. Þau virð­ast eiga það sam­eig­in­legt að vera meira smit­andi en önnur afbrigði SARS-CoV-2, kór­ónu­veirunnar sem veldur COVID-19 sjúk­dómnum og heims­byggðin hefur nú glímt við í meira en ár.

Svo eru einnig vís­bend­ingar um að þau geti verið hættu­legri. Þannig hafa frum­rann­sóknir sýnt að dán­ar­líkur þeirra sem sann­ar­lega hafa smit­ast af breska afbrigð­inu séu mögu­lega um 35 pró­sent hærri en þeirra sem smit­ast af flestum öðrum afbrigðum veirunnar. Vís­bend­ingar eru einnig um að eldri karl­menn séu lík­legri til að veikj­ast alvar­lega og deyja vegna þess en aðrir. Þar sem afbrigðið er bráðsmit­andi gæti sá eig­in­leiki einn og sér verið að hafa þessi áhrif; að fleiri ein­stak­lingar í við­kvæmum hópum smit­ist og sýk­ist þar með alvar­lega. Á þess­ari stundu er það ein­fald­lega ekki vitað.

Vís­inda­menn setja ýmsa fyr­ir­vara á þessar frum­nið­ur­stöður rann­sókna. Svo skammt er síðan afbrigðin upp­götv­uð­ust að engu er enn hægt að slá föstu. En vís­bend­ing­arnar eru til staðar.

Það eru einnig vís­bend­ingar um að bólu­efni Pfizer-BioNtech og Moderna veiti vörn gegn breska og suð­ur­a­fríska afbrigð­inu. En það eru líka vís­bend­ingar um að bólu­efni AstraZeneca geri það ekki. Að minnsta kosti ekki jafn­mikla og gegn öðrum afbrigðum kór­ónu­veirunnar.

Af því að óvissan er enn mikil og af því að vís­bend­ingar eru um að veirunni hafi tek­ist að stökk­breyt­ast ræki­lega sér í hag en okkur hýslum hennar í óhag þá er mjög eðli­legt að við­halda áfram strangri skimum gagn­vart veirunni á landa­mærum, segir Arnar Pálsson, erfða­fræð­ingur og pró­fessor í líf­upp­lýs­inga­fræði, við Kjarnann. „En vanda­málið er alheims­legt,“ bendir hann á. „Fjölgun veirunnar í öðrum löndum og stökk­breyt­ingar þar geta haft afleið­ingar hér síðar. Þetta er því ekki við og hinir. Við erum mann­kynið. Eins og með lofts­lags­vand­ann, þá þurfum við að tækla veiru­far­ald­ur­inn á heims­vísu með því að fækka til­fellum og bólu­setja alla heims­byggð­ina.“

Arnar Pálsson, erfða­fræð­ingur og pró­fessor í líf­upp­lýs­inga­fræði.

Mynd: Kristinn Ingv­ars­son/Háskóli Íslands

Bólu­setn­ing gegn COVID-19 er hafin víða um heim. Ef undan eru skilin fátæk­ari lönd. Það er stað­reynd sem rímar ekki við það sem Arnar segir um að málið snú­ist ekki um okkur og hina. Ekki í ljósi þess að fái far­ald­ur­inn áfram að geisa nær hömlu­laust í ákveðnum heims­hlutum, hversu fjarri okkur sem þeir eru, gefur það veirunni tæki­færi til að halda áfram ferða­lagi sínu á milli lík­ama og þar með til að stökk­breyt­ast. Verða öðru­vísi. Erfiðari við­fangs. Jafnvel hættu­legri.

Kjarninn lagði nokkrar spurn­ingar um nýju afbrigðin fyrir erfða­fræð­ing­inn Arnar og byrj­aði á að spyrja hvaða þýð­ingu þau muni hafa fyrir mann­kynið og bar­átt­una gegn COVID-19?

„Hætt er við að þær stökk­breyt­ingar á veirunni sem breyta eig­in­leikum hennar og gera hana hæf­ari í að fjölga sér eða smita okkur, muni gera okkur erf­iðar fyrir í bar­átt­unni gegn henni,“ byrjar Arnar á að svara. „Nokkur afbrigði sem skil­greind hafa verið út frá mynstri stökk­breyt­inga hafa vakið athygli erfða­fræð­inga, sér­stak­lega þegar gögn benda til að eig­in­leikar veir­anna hafi breyst.“

Ferða­tak­mark­anir eru víða strang­ari nú en í fyrstu bylgj­unni enda hefur reynslan sýnt að lítið þarf útaf að bregða svo far­ald­ur­inn fari á flug á ný.

Mynd: EPA

Arnar heldur áfram: „Í upp­hafi far­ald­urs­ins voru allar veir­urnar mjög svip­aðar, enda spruttu þær allar af sama meiði og voru náskyldar. Síðan þá hafa þær greinst sundur og með hverju smiti eru líkur á nýjum stökk­breyt­ingum. Þótt að erfða­mengi veirunnar telji innan við 30.000 svo­kall­aða basa, þá er fjöldi til­fella svo gríð­ar­legur að hver ein­asti staður í erfða­mengi veirunnar hefur orðið fyrir nokkrum stökk­breyt­ingum.

Það þýðir að þó að mik­ill minni­hluti stökk­breyt­inga sé veirunni í hag, því flestar breyt­ingar skemma veiruna, og draga úr fjölg­un­ar­hæfni hennar og „lífslíkum“, þá leiðir fjöldi til­fella til þess að hið ólík­lega verður mögu­legt. Þannig að lík­urnar aukast á að stökk­breyt­ingar verði sem auka færni veirunnar til að smita fólk, bind­ast frumum, fjölga sér hraðar, mynda fleiri veiru­agnir í hverjum ein­stak­lingi og jafn­vel smjúga undan vörnum ónæm­is­kerf­is­ins.“

Aðallega er nú rætt um þrjú ný afbrigði: Það breska, suð­ur­a­fríska og loks það brasil­íska. Hvað vitum við um þau og mun­inn þeirra á milli?

„Afbrigðin þrjú sem hlotið hafa mesta athygli eru ólík í erfða­sam­setn­ingu en eiga viss sam­eig­in­leg ein­kenni,“ svarar Arnar. Víkjum fyrst að erfða­sam­setn­ing­unni. „Þau spruttu hvert af sinni grein ætt­ar­trés veirunnar. Breska afbrigðið til dæmis fannst fyrst í Bret­landi í sept­em­ber, en ekki er loku fyrir það skotið að það hafi orðið til ann­ars staðar.“

Eins og lykill í skráargat

Það sem gerir breska afbrigðið sér­stakt að sögn Arnars er að það hefur sautján breyt­ingar sem skera það frá sínum nán­ustu veiru-„ætt­ingjum“, líkt og hann orðar það. Hann segir þetta reyndar mjög for­vitni­legt í sjálfu sér og bendi til að þró­un­ar­hrað­inn hafi verið mjög hraður – jafn­vel innan eins ein­stak­lings.

Mestar erfða­upp­lýs­ingar eru til um afbrigðin sem kennd eru við Bretland og Suður-Afríku og virð­ist sem end­ur­teknar stökk­breyt­ingar hafi orðið í geni sem skráir fyrir svoköll­uðu bindi­pró­tíni veirunnar. „Það prótín virkar eins og lyk­ill í skrá­ar­gat,“ útskýrir Arnar. Þótt að ólíkar stökk­breyt­ing­arnar finn­ist í afbrigð­unum þremur er talið að þær hafi svip­aðar afleið­ingar: Geri veirunni kleift að kom­ast betur inn í frumur. Suð­ur­a­fríska afbrigðið er með níu breyt­ingar í bindi­pró­tín­inu og það brasil­íska þrjár.

Með hlið­sjón af lík­ing­unni um lyk­il­inn og skráagatið, þá komst lyk­ill­inn í skráagatið í upp­hafi far­ald­urs – en var ef til vill stífur., segir Arnar. „En þessar nýju breyt­ingar gera það að verkum að lyk­il­inn passar betur í skráagatið, er betur slíp­aður og rennur inn. Þannig er mögu­legt að stökk­breytt bindi­prótín opni veirunni greið­ari leið inn í frumur.“

Nokkur afbrigði sem skil­greind hafa verið út frá mynstri stökk­breyt­inga hafa vakið sér­staka athygli erfða­fræð­inga,

Mynd: EPA

„Þau virð­ast flest fjölga sér hraðar en eldri gerðir,“ segir Arnar um bresku og suð­ur­a­frísku afbrigðin. Mögulega búa þau yfir breyttum eig­in­leikum sem tengj­ast ólíkum skrefum í fjölg­un­ar­ferli veir­anna og leiðum þeirra til að smit­ast manna á milli. Mjög virkar rann­sóknir eru gerðar á líf­fræði­legum og líf­efna­fræði­legum eig­in­leikum þeirra og hvernig þær hegða sér í frumum og vefjum og svörun við vörnum ónæm­is­kerf­is­ins. „En heil­brigð­is­yf­ir­völd hafa áhyggjur af því að þessar breyt­ingar muni jafn­vel gera veir­unum kleift að sleppa undan ónæm­is­kerf­inu,“ segir Arnar. „Versta til­felli væri ef ein­stak­lingar sem smit­uð­ust og lifðu af eldri gerð veirunnar væru næmir fyrir stökk­breyttum afbrigðum og myndu sýkj­ast alvar­lega aftur. Einnig er mögu­legt að bólu­efni gætu ekki veitt vörn gegn öllum afbrigðum veirunnar.“

Bóluefni byggð á veiru síðasta sumars

Hann bendir á að bólu­efnin sem nú eru í þróun og á mark­aði séu flest byggð á upp­lýs­ingum um erfða­efni veirunnar frá síð­asta sumri, en nýju afbrigðin spruttu upp á síð­asta árs­fjórð­ungi 2020. Hins vegar séu sum bólu­efnin þess eðlis að til­tölu­lega ein­falt er að breyta mixt­úr­unni þannig að hún veiti vörn gagn­vart mörgum gerðum veirunnar. Það á t.d. við um bólu­efni Pfizer og Moderna sem byggð eru á því að sprauta RNA-streng með sömu raðir og erfða­mengi veirunnar inn í fólk. „Með því að breyta RNA-strengj­unum eða gefa blöndu af strengjum mætti kynna lík­ama bólu­efn­is­þeg­ans fyrir mörgum gerðum veirunnar í einni sprautu. Og þá myndar við­kom­andi vörn gegn öllum þeim gerðum.“

Veirur lúta lög­málum þró­unar eins og aðrar líf­verur, segir Arnar. „Best er að líta á þróun veira frá þeirra sjón­ar­horni og spyrja: Hvað er gott fyrir til­tekna gerð af veiru?“

Mynd: Kristinn Ingv­ars­son/Háskóli Íslands

Var við­búið að veiran myndi stökk­breyt­ast með þessum hætti – að til yrðu ný og meira smit­andi afbrigði og jafn­vel hættu­legri eða kemur þetta á óvart?

„Það var alger­lega fyr­ir­séð að veiran myndi stökk­breyt­ast,“ segir Arnar. „Margir töldu ólík­legt að hún myndi aðlag­ast mann­inum jafn hratt og raun ber vitni, þar á meðal ég sjálfur. Ég sá ekki fyrir hversu hratt meira smit­andi afbrigði komu fram. Ef til vill hefði verið hægt að spá fyrir um þetta, sér­stak­lega þegar ljóst var að far­ald­ur­inn yrði ekki afmark­aður eins og í til­felli far­aldra MERS og SARS. Þá smit­uð­ust bara 2500 til 8000 ein­stak­lingar. En um leið og við misstum tök á veirunni, og til­felli fóru upp í millj­ónir, þá var óhjá­kvæmi­legt að stökk­breyt­ingar yrðu sem gerðu veiruna betri í því sem hún gerir.“

Arnar segir að veirur sem hoppi frá einum hýsli í annan séu alltaf „van-aðlag­aðar“ sínum nýja hýsli. „Sem þýðir að þeim standa margar leiðir til betr­unar í boði og stærra hlut­fall stökk­breyt­inga gæti leitt til þess að veiran verði hæf­ari.“

Auðvelt er að breyta upp­skrift sumra bólu­efn­anna sem þegar eru komin á markað svo að þau verji gegn fleiri afbrigðum veirunnar.

Mynd: EPA

En hvernig mun veiran þró­ast héðan í frá?

Veirur lúta lög­málum þró­unar eins og aðrar líf­verur, segir Arnar. „Best er að líta á þróun veira frá þeirra sjón­ar­horni og spyrja: Hvað er gott fyrir til­tekna gerð af veiru?“

Og SARS-CoV-2 er engin und­an­tekn­ing frá regl­unni – hún mun þró­ast og breyt­ast – svo lengi sem hún hefur hýsla (manns­lík­ama) til að taka sér ból­stað í. En hvernig hún þró­ast er auð­vitað ekki enn að fullu ljóst. Smit­hæfni getur auk­ist eða minnkað og alvar­leiki sýk­ingar getur einnig auk­ist eða minnkað. Það er mis­mun­andi eftir sýklum og hýslum þeirra hvaða leið er farin í hverju til­felli.

Arnar dregur í svari á Vís­inda­vefnum upp fjórar sviðs­myndir af mögu­legri þróun veirunnar:

A. Aukin smit­hæfni, en engin breyt­ing á alvar­leika ein­kenna: Líklegt.

B. Aukin smit­hæfni, aukin alvar­leiki ein­kenna: Ólíklegt en mögu­legt.

C. Aukin smit­hæfni, væg­ari ein­kenni: Líklegt.

D. Minni smit­hæfni og óbreyttur alvar­leiki ein­kenna: Mjög ólík­legt.

„Tvær þró­un­ar­leiðir eru lík­leg­astar fyrir veiruna en erfitt að meta hvor leiðin verður ofan á,“ segir hann. Ástæðan fyrir því að breyt­ingar í átt að verri ein­kennum séu ólík­legar er sú að sjald­gæft er að það sé veirum í hag að drepa hýsl­ana (okkur) hraðar og betur. „Slíkt er ekki ákjós­an­legt og því þró­ast fáar veirur í þá átt.“

Til langs tíma, yfir einn ára­tug eða fleiri, er lík­legt að veiran þró­ist í átt að auk­inni smit­hæfni og væg­ari ein­kennum. „Skamm­tíma­þró­unin kann ann­ars vegar að vera aukin smit­hæfni, og mögu­lega alvar­legri ein­kenni ef því fylgir aukin fjölg­un­ar­hæfni innan ein­stak­linga. Eða hins vegar að aukin smit­hæfni sem fylgir engin breyt­ing á alvar­leika ein­kenna,“ segir Arnar. „Hið seinna er ákaf­lega alvar­legt, því smit­hraði leiðir einnig til dauðs­falla og alvar­legra veik­inda. Til að fyr­ir­byggja báðar sviðs­myndir er mik­il­væg­ast að fækka til­fellum og þar með mögu­leikum veirunnar á að breyt­ast og aðlag­ast okkur.“