Tačiau ką taip galime sužinoti apie mutacijas ir atmainas? Mutacijos yra pagrindinis evoliucijos variklis, įgalinantis natūralią atranką. Kai kurios mutacijos organizmui yra naudingos, todėl paplinta tarp visų rūšies atstovų. Kitos gali būti pavojingos, arba turėti labai mažas pasekmes. Jos atsiranda viruso dauginimosi metu, kai „kopijuojant“ jo genomą įsivelia klaida ir viena raidė yra pakeičiama kita.
SARS-CoV-2 genomas yra sudarytas iš 30 000 tokių raidžių. Mutacijų atsiradimo greitis paprastai yra išreiškiamas kaip tikimybė, kad bet kuri raidė bus neteisingai pakeista kopijuojant genomą. Remiantis naujausiais eksperimentinių tyrimų, kurie dar nėra publikuoti, rezultatais, ši tikimybė yra maždaug trys iš milijono.
Atsižvelgiant į šį rodiklį galime apskaičiuoti, kiek mutacijų gali įvykti užsikrėtus vienam asmeniui. Padauginus 30 000 geno raidžių iš tikimybės 3/ 1 000 000, gauname, kad kaskart virusui pasidauginus įvyksta apie 0,1 mutacijos.
Sunkiausia infekcijos fazė trunka 5–7 dienas, per kurias įvyksta 3–7 replikacijos ciklai (etapai nuo pradinio viruso prisijungimo prie ląstelės iki naujų viruso dalelių sukūrimo ir išskyrimo). Per penkis replikacijos ciklus įvyksta 0,5 mutacijos (5 x 0,1), arba viena nauja mutacija užsikrėtus dviem žmonėms.
Kitas metodas yra naudoti genomo sekos duomenis. Kadangi kiekviena genomo seka yra paimama iš vis kito užsikrėtusio asmens, šie duomenys leidžia apskaičiuoti, kokiu greičiu mutacija plinta pasaulinėje virusų populiacijoje, o ne vienos infekcijos metu. Lyginant jos seką su originaliuoju genomu (ankstyvuoju viruso genomu) galima nustatyti, kiek mutacijų įvyko kiekviename genome. Taip galima pamatyti, kaip laikui bėgant išauga mutacijų skaičius.
Taip mokslininkai sugebėjo apskaičiuoti, kad pasaulinėje virusų populiacijoje viena mutacija įvyksta vidutiniškai kas dvi savaites. Šis rodiklis yra panašus ir į mutacijų skaičių užsikrėtus vienam asmeniui.
Kad būtų paprasčiau įsivaizduoti – žmogaus genome maždaug kas dvi savaites įvyksta 0,05 mutacijos. Iš pirmo žvilgsnio, tai mažai kuo skiriasi nuo SARS-CoV-2 (tik žmogaus organizmas yra 20 kartų lėtesnis), tačiau svarbu prisiminti, kad žmogaus genomas yra 100 000 kartų didesnis, todėl viena viruso mutacija įvyksta maždaug 2 mln. kartų greičiau nei žmogaus genome.
Taigi per pandemiją įvyko maždaug tiek pat SARS-CoV-2 mutacinių pokyčių (proporcingų genomo dydžiui), kiek jų patyrė žmogus nuo Homo habilis laikų, kai prieš maždaug 2,5 mln. metų žmogus pirmą kartą pradėjo vaikščioti žeme.
Naujos atmainos
Šiais aprašytais skaičiavimais yra nustatomas mutacijų skaičius, kurio tikimasi vienoje kilmės linijoje (genetinę informaciją perduodant iš vienos viruso dalelės į kitą). Norėdami nustatyti visų infekcijos metu atsirandančių mutacijų skaičių, reikia atsižvelgti į visas viruso daleles, nes jos visos mutuoja skirtingai.
Bendras infekcijos metu susidarančių infekcinių virusinių dalelių skaičius yra nuo 300 000 iki 300 000 000. Jei kiekvienoje linijoje gali įvykti 0,5 mutacijos, tuomet bendras visų viruso dalelių mutacijų skaičius infekcijos metu bus 100 000–100 000 000.
Viruso RNR kodas yra sudarytas iš keturių raidžių: G, C, U ir A. Viename genome jų yra apie 30 000. Mutacija pakeičia genetinį kodą bet kurią raidę sumaišius su kita. Taigi yra įmanoma, kad iš viso gali įvykti apie 100 000 mutacijų.
Taigi galima teigti, kad pavienės mutacijos gali atsirasti kiekvieno susirgimo metu. Tačiau kodėl pirmosios pavojingos viruso atmainos atsirado tik praėjus keliems mėnesiams po pandemijos pradžios?
Dauguma šių mutacijų neturi jokios įtakos virusui arba netgi gali būti jam pavojingos. Negana to, tik nedidelis procentas visų viruso dalelių, esančių užsikrėtusio žmogaus organizme, gali sukelti tolimesnes infekcijas. O infekcijai pasibaigus beveik visos užsikrėtusiojo organizme esančios mutacijos yra sunaikinamos. Be to, kadangi per trumpą laiką užsikrečia labai daug žmonių, natūrali atranka neturi daug galimybių atsirinkti geriausių „mutantų“, kurie galėtų užkrėsti naujus šeimininkus.
Mes turėtume būti labai dėkingi dėl šių griežtų genetinių kliūčių, neleidžiančių virusui pereiti nuo vieno šeimininko prie kito. Ypač, kai dėl tokio didelio visame pasaulyje užsikrėtusių žmonių skaičiaus galėjo atsirasti daugybė naujų pavojingų atmainų. Tačiau, išskyrus pusšimtį ar kiek daugiau atmainų, kurioms pasisekė būti perduotoms ir vėliau išplisti, šios mutacijos gana greitai patenka į evoliucinę užmarštį.
Evoliucinė negalia?
Tai, kad beveik visos vieno susirgimo metu atsirandančios mutacijos niekada nepatenka į aplinką, virusui sukuria nemažą evoliucinę kliūtį. Tačiau tai kompensuoja labai didelis bendras visų infekcijų skaičius.
Šiuo metu pasaulyje kasdien yra pranešama apie 620 000 naujų atvejų. Jeigu vienos infekcijos metu įvyksta vidutiniškai 0,5 mutacijos, tai reiškia, kad kasdien visame pasaulyje iš vieno šeimininko kitam yra perduodama apie 300 000 naujų mutacijų.
Kaip ir didžioji dalis mutacijų, įvykstančių vieno užsikrėtusio žmogaus organizme, šios atmainos niekada nepaplis. Tiesa, didžioji dauguma tokių atmainų, yra perduodamos vieną kartą. Tačiau prisiminkime, kad didžiausias galimų mutacijų skaičius yra apie 100 000. Taigi galima įsivaizduoti, kad kiekviena įmanoma viruso genomo mutacija kasdien yra perduodama iš vieno žmogaus kitam.
Kaip teigia kai kurie komentatoriai, taip gali susidaryti įspūdis, kad virusui tuojau pritrūks naujų evoliucinių galimybių, todėl naujų pavojingų atmainų atsiradimo tikimybė yra maža.
Tačiau kai kurios viruso savybės išsivysto ne dėl pavienių ir atskirai veikiančių mutacijų, o viename genome sąveikaujant keliems pakitimams. Pavyzdžiui, konkrečios mutacijos išraiška gali smarkiai sustiprėti, jeigu ji atsiranda genome, jau paveiktame kitų specifinių mutacijų. Jeigu tai dažnai įvyksta ir mutuojant SARS-CoV-2 virusui, gali būti, kad jis dar turi neišnaudotų evoliucinių triukų.
