Scrivendo su Nature, un team guidato dai ricercatori di Cambridge riporta come sono stati in grado di osservare la mutazione di SARS-CoV-2 nel caso di un paziente immunocompromesso trattato con plasma convalescente.
In particolare, hanno visto l’emergere di una mutazione chiave vista anche nella nuova variante che ha portato il Regno Unito a essere nuovamente costretto a un blocco rigoroso, sebbene non vi sia alcun suggerimento che la variante abbia avuto origine da questo paziente.
Utilizzando una versione sintetica della proteina Spike del virus creata in laboratorio, il team ha dimostrato che modifiche specifiche al suo codice genetico – la mutazione vista nella variante B1.1.7 – rendevano il virus due volte più infettivo sulle cellule rispetto al ceppo più comune.
SARS-CoV-2, il virus che causa COVID-19 , è un betacoronavirus. Il suo RNA – il suo codice genetico – è composto da una serie di nucleotidi (strutture chimiche rappresentate dalle lettere A, C, G e U).
Man mano che il virus si replica, questo codice può essere trascritto in modo errato, portando a errori noti come mutazioni. I coronavirus hanno un tasso di mutazione relativamente modesto a circa 23 sostituzioni nucleotidiche all’anno.
Di particolare interesse sono le mutazioni che potrebbero modificare la struttura della “proteina spike”, che si trova sulla superficie del virus, dandogli la sua caratteristica forma a corona. Il virus utilizza questa proteina per legarsi al recettore ACE2 sulla superficie delle cellule dell’ospite, permettendogli di entrare nelle cellule dove dirotta i loro macchinari per consentirne la replica e la diffusione in tutto il corpo.
La maggior parte dei vaccini attualmente in uso o in fase di sperimentazione mirano alla proteina spike e si teme che le mutazioni possano influenzare l’efficacia di questi vaccini.
I ricercatori britannici all’interno del consorzio COVID-19 Genomics UK (COG-UK) guidato da Cambridge hanno identificato una particolare variante del virus che include importanti cambiamenti che sembrano renderlo più contagioso: la delezione dell’amminoacido ΔH69 / ΔV70 in parte del picco la proteina è uno dei cambiamenti chiave in questa variante.
Sebbene la delezione ΔH69 / ΔV70 sia stata rilevata più volte, fino ad ora, gli scienziati non li avevano visti emergere all’interno di un individuo. Tuttavia, in uno studio pubblicato oggi su Nature, i ricercatori di Cambridge documentano come queste mutazioni siano apparse in un paziente COVID-19 ricoverato all’Addenbrooke’s Hospital, parte del Cambridge University Hospitals NHS Foundation Trust.
L’individuo interessato era un uomo sulla settantina a cui era stato precedentemente diagnosticato un linfoma a cellule B marginali e che aveva recentemente ricevuto la chemioterapia, il che significa che il suo sistema immunitario era gravemente compromesso.
Dopo il ricovero, al paziente sono stati forniti numerosi trattamenti, tra cui il farmaco antivirale remdesivir e il plasma convalescente, cioè plasma contenente anticorpi prelevati dal sangue di un paziente che aveva eliminato con successo il virus dal proprio sistema. Nonostante le sue condizioni inizialmente si stabilizzassero, in seguito iniziò a peggiorare.
È stato ricoverato nel reparto di terapia intensiva e ha ricevuto ulteriori cure, ma in seguito è morto.
Durante la degenza del paziente, erano disponibili per l’analisi 23 campioni virali, la maggior parte dal naso e dalla gola. Questi sono stati sequenziati come parte di COG-UK. È stato in queste sequenze che i ricercatori hanno osservato la mutazione del genoma del virus.
Tra i giorni 66 e 82, dopo le prime due somministrazioni di sieri di convalescenza, il team ha osservato un drammatico cambiamento nella popolazione virale, con una variante recante delezioni ΔH69 / ΔV70, insieme a una mutazione nella proteina spike nota come D796H, diventando dominante.
Sebbene questa variante inizialmente sembrasse scomparire, è riemersa di nuovo quando sono stati somministrati il terzo ciclo di remdesivir e la terapia al plasma di convalescenza.
Il professor Ravi Gupta dell’Istituto di immunologia terapeutica e malattie infettive di Cambridge, che ha guidato la ricerca, ha dichiarato: “Quello che stavamo vedendo era essenzialmente una competizione tra diverse varianti del virus, e pensiamo che fosse guidata dalla terapia al plasma di convalescenza.
“Il virus che alla fine ha vinto – che aveva la mutazione D796H e le delezioni ΔH69 / ΔV70 – ha inizialmente preso il sopravvento durante la terapia al plasma di convalescenza prima di essere superato da altri ceppi, ma è riemerso quando la terapia è stata ripresa. Una delle mutazioni è nella nuova variante del Regno Unito, anche se non vi è alcun suggerimento che il nostro paziente fosse dove si sono verificati per la prima volta “.
In condizioni rigorosamente controllate, i ricercatori hanno creato e testato una versione sintetica del virus con le delezioni ΔH69 / ΔV70 e mutazioni D796H sia individualmente che insieme. Le mutazioni combinate hanno reso il virus meno sensibile alla neutralizzazione da parte del plasma convalescente, anche se sembra che la mutazione D796H da sola fosse responsabile della riduzione della sensibilità agli anticorpi nel plasma.
La sola mutazione D796H ha portato ad una perdita di infezione in assenza di plasma, tipica delle mutazioni che i virus acquisiscono per sfuggire alla pressione immunitaria.
I ricercatori hanno scoperto che la delezione di ΔH69 / ΔV70 da sola rendeva il virus due volte più contagioso della variante precedentemente dominante. I ricercatori ritengono che il ruolo della delezione fosse quello di compensare la perdita di contagiosità dovuta alla mutazione D796H. Questo paradigma è classico per i virus, per cui le mutazioni di fuga sono seguite o accompagnate da mutazioni compensatorie.
“Dato che sia i vaccini che le terapie mirano alla proteina spike, che abbiamo visto mutare nel nostro paziente, il nostro studio solleva la preoccupante possibilità che il virus possa mutare per superare in astuzia i nostri vaccini”, ha aggiunto il professor Gupta.
“È improbabile che questo effetto si verifichi in pazienti con un sistema immunitario funzionante, dove è probabile che la diversità virale sia inferiore a causa di un migliore controllo immunitario. Ma evidenzia la cura che dobbiamo prestare nel trattamento di pazienti immunocompromessi, dove può verificarsi una replicazione virale prolungata, offrendo maggiori opportunità per la mutazione del virus “.
Diverse varianti SARS-CoV-2 stanno circolando a livello globale. Nell’autunno del 2020 sono emerse diverse nuove varianti, in particolare:
- Nel Regno Unito (UK), una nuova variante di SARS-CoV-2 (nota come 20I / 501Y.V1, VOC 202012/01 o B.1.1.7) è emersa con un gran numero di mutazioni. Da allora questa variante è stata rilevata in numerosi paesi del mondo, inclusi gli Stati Uniti (USA). Nel gennaio 2021, gli scienziati del Regno Unito hanno riportato prove [1] che suggeriscono che la variante B.1.1.7 potrebbe essere associata a un aumento del rischio di morte rispetto ad altre varianti. Sono necessari ulteriori studi per confermare questo risultato. Questa variante è stata segnalata negli Stati Uniti alla fine di dicembre 2020.
- In Sud Africa, un’altra variante di SARS-CoV-2 (nota come 20H / 501Y.V2 o B.1.351) è emersa indipendentemente da B.1.1.7. Questa variante condivide alcune mutazioni con B.1.1.7. I casi attribuiti a questa variante sono stati rilevati in più paesi al di fuori del Sud Africa. Questa variante è stata segnalata negli Stati Uniti alla fine di gennaio 2021.
- In Brasile, è emersa una variante di SARS-CoV-2 (nota come P.1) che è stata identificata per la prima volta in quattro viaggiatori brasiliani, che sono stati testati durante lo screening di routine all’aeroporto di Haneda fuori Tokyo, in Giappone. Questa variante ha 17 mutazioni uniche, di cui tre nel dominio di legame del recettore della proteina spike. Questa variante è stata rilevata negli Stati Uniti alla fine di gennaio 2021.
Gli scienziati stanno lavorando per saperne di più su queste varianti per capire meglio quanto facilmente potrebbero essere trasmesse e l’efficacia dei vaccini attualmente autorizzati contro di loro. Nuove informazioni sulle caratteristiche virologiche, epidemiologiche e cliniche di queste varianti stanno rapidamente emergendo.
CDC, in collaborazione con altre agenzie di sanità pubblica, sta monitorando attentamente la situazione. CDC sta lavorando per rilevare e caratterizzare le varianti virali emergenti. Inoltre, CDC ha personale disponibile per fornire supporto tecnico per indagare le caratteristiche epidemiologiche e cliniche delle varianti di infezioni da SARS-CoV-2. CDC comunicherà nuove informazioni non appena saranno disponibili.
Varianti emergenti
B.1.1.7 lignaggio (noto anche come 20I / 501Y.V1 Variante di preoccupazione (VOC) 202012/01)
- Questa variante ha una mutazione nel dominio di legame del recettore (RBD) della proteina spike in posizione 501, dove l’amminoacido asparagina (N) è stato sostituito con tirosina (Y). L’abbreviazione per questa mutazione è N501Y. Questa variante ha anche molte altre mutazioni, tra cui:
- Delezione 69/70: si è verificata spontaneamente molte volte e probabilmente porta a un cambiamento conformazionale nella proteina spike
- P681H: vicino al sito di scissione della furina S1 / S2, un sito con elevata variabilità nei coronavirus. Questa mutazione è emersa anche più volte spontaneamente.
- Si stima che questa variante sia apparsa per la prima volta nel Regno Unito nel settembre 2020.
- Dal 20 dicembre 2020, diversi paesi hanno segnalato casi del lignaggio B.1.1.7, inclusi gli Stati Uniti.
- Questa variante è associata a una maggiore trasmissibilità (ovvero, trasmissione più efficiente e rapida).
- Nel gennaio 2021, gli scienziati del Regno Unito hanno riportato prove [1] che suggeriscono che la variante B.1.1.7 potrebbe essere associata a un aumento del rischio di morte rispetto ad altre varianti.
- I primi rapporti non hanno trovato prove che suggeriscano che la variante abbia alcun impatto sulla gravità della malattia o sull’efficacia del vaccino. [2], [3], [4]
Lignaggio B.1.351 (noto anche come 20H / 501Y.V2)
- Questa variante ha più mutazioni nella proteina spike, tra cui K417N, E484K, N501Y. A differenza del lignaggio B.1.1.7 rilevato nel Regno Unito, questa variante non contiene la delezione a 69/70.
- Questa variante è stata identificata per la prima volta a Nelson Mandela Bay, in Sud Africa, in campioni risalenti all’inizio di ottobre 2020, e da allora sono stati rilevati casi al di fuori del Sud Africa, inclusi gli Stati Uniti.
- La variante è stata identificata anche in Zambia alla fine di dicembre 2020, momento in cui sembrava essere la variante predominante nel paese.
- Attualmente non ci sono prove che suggeriscano che questa variante abbia alcun impatto sulla gravità della malattia.
- Ci sono alcune prove che indicano che una delle mutazioni della proteina spike, E484K, può influenzare la neutralizzazione da parte di alcuni anticorpi policlonali e monoclonali. [4], [5]
P.1 lignaggio (noto anche come 20J / 501Y.V3)
- La variante P.1 è una diramazione del lignaggio B.1.1.28 che è stata segnalata per la prima volta dal National Institute of Infectious Diseases (NIID) in Giappone in quattro viaggiatori provenienti dal Brasile, campionati durante lo screening di routine all’aeroporto di Haneda fuori Tokyo.
- Il lignaggio P.1 contiene tre mutazioni nel dominio di legame del recettore della proteina spike: K417T, E484K e N501Y.
- Ci sono prove che suggeriscono che alcune delle mutazioni nella variante P.1 possono influenzare la sua trasmissibilità e il profilo antigenico, che può influenzare la capacità degli anticorpi generati attraverso una precedente infezione naturale o attraverso la vaccinazione di riconoscere e neutralizzare il virus.
- Un recente studio ha riportato un cluster di casi a Manaus, la più grande città della regione amazzonica, in cui la variante P.1 è stata identificata nel 42% degli esemplari sequenziati dalla fine di dicembre. [5] In questa regione, si stima che circa il 75% della popolazione fosse stata infettata da SARS-CoV2 a partire da ottobre 2020. Tuttavia, dalla metà di dicembre la regione ha osservato un aumento dei casi. L’emergere di questa variante solleva preoccupazioni di un potenziale aumento della trasmissibilità o della propensione alla reinfezione da SARS-CoV-2 degli individui.
- Questa variante è stata identificata negli Stati Uniti alla fine di gennaio 2021.
Perché la sorveglianza delle sollecitazioni è importante per la salute pubblica
Il CDC ha condotto la sorveglianza del ceppo SARS-CoV-2 per creare una raccolta di campioni e sequenze di SARS-CoV-2 per supportare la risposta della salute pubblica. L’analisi di routine dei dati di sequenza genetica disponibili consentirà al CDC e ai suoi partner per la salute pubblica di identificare virus varianti per un’ulteriore caratterizzazione.
I virus generalmente acquisiscono mutazioni nel tempo, dando origine a nuove varianti. Ad esempio, un’altra variante è emersa di recente in Nigeria. [1] Anche il CDC sta monitorando questo ceppo ma, al momento, non ha mostrato caratteristiche relative agli esperti di salute pubblica.
Alcune delle potenziali conseguenze delle varianti emergenti sono le seguenti:
- Capacità di diffondersi più rapidamente nelle persone . Esistono già prove che una mutazione, D614G, conferisce una maggiore capacità di diffondersi più rapidamente rispetto alla SARS-CoV-2 wild-type [2] . In laboratorio, le varianti 614G si propagano più rapidamente nelle cellule epiteliali respiratorie umane, superando i virus 614D. Esistono anche prove epidemiologiche che la variante 614G si diffonda più rapidamente dei virus senza la mutazione.
- Capacità di causare malattie più lievi o più gravi nelle persone. Nel gennaio 2021, esperti nel Regno Unito hanno riferito che la variante B.1.1.7 può essere associata a un aumento del rischio di morte rispetto ad altre varianti. Sono necessari ulteriori studi per confermare questo risultato.
- Capacità di eludere il rilevamento da specifici test diagnostici virali. La maggior parte dei test commerciali basati sulla reazione a catena della polimerasi a trascrizione inversa (RT-PCR) hanno più bersagli per rilevare il virus, in modo tale che anche se una mutazione colpisce uno dei bersagli, gli altri bersagli RT-PCR continueranno a funzionare.
- Diminuzione della suscettibilità agli agenti terapeutici come gli anticorpi monoclonali.
- Capacità di eludere l’immunità naturale o indotta dal vaccino. Sia la vaccinazione contro che l’infezione naturale con SARS-CoV-2 producono una risposta “policlonale” che prende di mira diverse parti della proteina spike. Il virus dovrebbe probabilmente accumulare più mutazioni nella proteina spike per eludere l’immunità indotta dai vaccini o dall’infezione naturale.
Tra queste possibilità, l’ultima – la capacità di eludere l’immunità indotta dal vaccino – sarebbe probabilmente la più preoccupante perché una volta vaccinata un’ampia percentuale della popolazione, ci sarà una pressione immunitaria che potrebbe favorire e accelerare l’emergenza di tali varianti selezionando per “Fuga mutanti.” Non ci sono prove che ciò stia accadendo e la maggior parte degli esperti ritiene improbabile che i mutanti di fuga emergano a causa della natura del virus.
[1] L’ analisi delle sequenze dell’African Center of Excellence for Genomics of Infectious Diseases (ACEGID), Redeemer’s University, Nigeria, ha identificato due sequenze SARS-CoV-2 appartenenti al lignaggio B.1.1.207. Queste sequenze condividono una mutazione non sinonima nella proteina spike (P681H) in comune con il lignaggio B.1.1.7 ma non condividono nessuna delle altre 22 mutazioni uniche del lignaggio B.1.1.7. Il residuo P681H si trova vicino al sito di scissione della furina S1 / S2, un sito con elevata variabilità nei coronavirus. Al momento, non è noto quando questa variante potrebbe essere emersa per la prima volta. Attualmente non ci sono prove per indicare che questa variante abbia alcun impatto sulla gravità della malattia o stia contribuendo a una maggiore trasmissione di SARS-CoV-2 in Nigeria.
[2] “Wild-type” si riferisce al ceppo del virus – o ceppo di fondo – che non contiene mutazioni principali.
Sorveglianza del ceppo negli Stati Uniti
Negli Stati Uniti, la sorveglianza del ceppo basata sulla sequenza è aumentata con i seguenti componenti:
- Sorveglianza nazionale del ceppo SARS-CoV-2 (“NS3”): da novembre 2020, i dipartimenti sanitari statali e altre agenzie di sanità pubblica inviano regolarmente campioni di SARS-CoV-2 al CDC per il sequenziamento e l’ulteriore caratterizzazione. Questo sistema viene ora ridimensionato per elaborare 750 campioni a livello nazionale alla settimana. Un punto di forza di questo sistema è che consente la caratterizzazione dei virus oltre ciò che il solo sequenziamento può fornire.
- Sorveglianza in collaborazione con laboratori diagnostici commerciali: CDC sta stipulando contratti con grandi laboratori di riferimento nazionali per fornire dati di sequenza da tutti gli Stati Uniti. A metà gennaio, il CDC si è impegnato da questi laboratori a sequenziare 6.000 campioni a settimana e sta esplorando opzioni per aumentare questo numero.
- Contratti con le università: CDC ha contratti con sette università per condurre la sorveglianza genomica in collaborazione con le agenzie di sanità pubblica.
- Sequenziamento all’interno dei dipartimenti sanitari statali e locali: dal 2014, il programma di rilevamento molecolare avanzato di CDC ha integrato le capacità di sequenziamento e bioinformatica di nuova generazione nel sistema sanitario pubblico degli Stati Uniti. Diversi dipartimenti sanitari statali e locali hanno applicato queste risorse come parte della loro risposta a COVID-19. Per supportare ulteriormente questi sforzi, il 18 dicembre 2020 CDC ha rilasciato 15 milioni di dollari di finanziamento, con fondi supplementari COVID, attraverso il programma Epidemiology and Laboratory Capacity.
- Il consorzio SPHERES: dall’inizio della pandemia, CDC ha guidato un consorzio nazionale di laboratori che sequenziano SARS-CoV-2 ( SPHERES ) per coordinare gli sforzi di sequenziamento degli Stati Uniti al di fuori del CDC. Il consorzio SPHERES è composto da più di 160 istituzioni, inclusi centri accademici, industria, organizzazioni non governative e agenzie di sanità pubblica.
Grazie a questi sforzi, i dati genomici anonimi sono resi disponibili attraverso database pubblici per l’uso da parte di professionisti della sanità pubblica, ricercatori e industria.
Riferimenti
[1] Horby P, Huntley C, Davies N, et al. Nota NERVTAG su B.1.1.7 icona severitypdf icona esterna . Rapporto della riunione SAGE. 21 gennaio 2021.
[2] Wu K, Werner AP, Moliva JI, et al. Il vaccino mRNA-1273 induce anticorpi neutralizzanti contro mutanti spike dalle varianti globali di SARS-CoV-2. icona esterna bioRxiv . Pubblicato il 25 gennaio 2021.
[3] Xie X, Zou J, Fontes-Garfias CR, et al. Neutralizzazione del mutante N501Y SARS-CoV-2 da BNT162b2 icona esterna del siero indotta dal vaccino . bioRxiv . Pubblicato il 7 gennaio 2021. Greaney AJ, Loes AN, Crawford KHD, et al. Mappatura completa delle mutazioni nel dominio di legame del recettore SARS-CoV-2 che influiscono sul riconoscimento da parte dell’icona esterna antiossidante sierica umana policlonale . bioRxiv. [Preprint pubblicato online il 4 gennaio 2021]
[4] Weisblum Y, Schmidt F, Zhang F, et al. Fuga dagli anticorpi neutralizzanti con la variante della proteina spike SARS-CoV-2 icona esterna icona esterna . eLife 2020; 9: e61312.
[5] Resende PC, Bezerra JF, de Vasconcelos RHT, al. Mutazione Spike E484K nel primo caso di reinfezione da SARS-CoV-2 confermata in Brasile, 2020 icona esterna . [Pubblicato su www.virological.orgexternal icon il 10 gennaio 2021]
Ulteriori informazioni: Kemp, SA et al. Evoluzione della SARS-CoV-2 durante il trattamento dell’infezione cronica. Natura ; 5 feb; DOI: 10.1038 / s41586-021-03291-y
