آيا محدوديتي براي جهش ويروس كرونا وجود دارد؟

جهش ويروس پديده‌اي طبيعي است و SARS-CoV-2 از اين قاعده مستثنا نيست. اما آيا از انديشه متخصصين تعداد جهشي كه ويروس مي‌تواند پيدا كند و باز هم موجب بيماري شود، محدوده‌اي وجود دارد؟ يا تكامل ويروس به‌طور نامحدود ادامه خواهد داشت؟

مشخص شده است كه محدوده‌اي وجود دارد؛ اما نمي‌دانيم دقيقا چيست و به گفته‌ي ويروس‌شناسان، نمي‌توانيم تمام جهش‌هاي احتمالي ويروس را پيش‌بيني كنيم.

وينسنت راكانيلو، استاد ميكروب‌شناسي و ايمني‌شناسي دانشگاه كلمبيا در نيويورك، به لايو ساينس گفت تعداد جهش‌هاي ژنتيكي ممكن از تمام اتم‌هاي موجود در جهان قابل‌ مشاهده بيشتر است و بخش قابل ‌توجهي از ژنوم مي‌تواند جايگزين شود.

طول كد ژنتيكي ويروس كرونا  كه از چهار باز (مولكول شيميايي) مختلف تشكيل شده است  و مي‌توان آن را الفبايي چهار حرفي تصور كرد، ۲۹,۸۸۱ حرف است. اين حروف دستورالعمل‌هاي ساخت ۹۸۶۰ اسيدآمينه را فراهم مي‌كنند كه واحدهاي سازنده‌ي پروتئين‌هاي ويروس هستند. با تغيير بازهاي شيميايي، اسيدهاي آمينه تغيير مي‌كنند. اين امر مي‌تواند بر شكل پروتئين‌هاي ويروس اثرگذار باشد و تغيير در شكل پروتئين‌ها مي‌تواند عملكرد پروتئين مانند نحوه‌ي اتصال آن به سلول‌هاي انسان را تحت ‌تأثير قرار دهد.

مطالعات گذشته روي RNA ويروس‌هاي ديگر كه مانند SARS-CoV-2 داراي رشته‌اي از RNA به‌عنوان ماده‌ي ژنتيكي هستند، نشان داده است كه بيش از نيمي از اين بازها در اين ويروس‌ها مي‌تواند تغيير كند. از انديشه متخصصين رياضي، بدان معنا است كه اگر ژنوم ويروس ۱۰ هزار جفت باز طول داشته باشد، ۴۵۰۰۰ توالي ژنتيكي مختلف امكان‌پذير است.

با درانديشه متخصصينگرفتن اينكه تعداد اتم‌ها در جهان قابل ‌مشاهده ۴۱۳۵ است، اين رقم بسيار بزرگ محسوب مي‌شود. اگر اين معادله براي ويروسي مانند SARS-CoV-2 كه طول كد ژنتيكي آن سه برابر بيشتر است، صادق باشد، ۴۱۴۹۴۱ تركيب ممكن از توالي ژنتيكي آن مي‌تواند وجود داشته باشد.

ارقام مذكور فقط با درانديشه متخصصينگرفتن تغييرات حروف به دست مي‌آيد (يك ماده شيميايي جايگزين ديگري مي‌شود). اما به گفته‌ي راكانيلو، جهش‌هاي ديگري مانند حذف‌ يا درج‌ در ژنوم، تعداد احتمالات را افزايش مي‌دهد. اما بيشتر اين جهش‌ها اهميتي ندارند و بخش عظيمي از آن‌ها فورا از بين مي‌روند. در واقع برخي از جهش‌ها كشنده هستند؛ بنابراين هرگز آن‌ها را نمي‌بينيم.

بسياري از جهش‌ها خنثي هستند. آن‌ها فقط تجمع پيدا مي‌كنند و حمل مي‌شوند. جهش‌هاي مهم معمولا روي پروتئين اسپايك قرار دارند كه سلاحي است كه ويروس از آن براي اتصال به گيرنده‌هاي ACE2 روي سطح سلول‌هاي انساني استفاده مي‌كند.

اسپايك از ۱۲۷۳ اسيدآمينه تشكيل شده است كه توسط ۳۸۳۱ باز رمزگذاري مي‌شوند. بنابراين با همان منطق رياضي، ۴۱۹۱۶ راه براي تنوع كد پروتئين اسپايك وجود دارد كه تقريبا بي‌نهايت است. بااين‌حال، بسياري از اين جهش‌ها كدكننده‌ي همان اسيدهاي آمينه هستند.

جان مور، استاد ميكروب‌شناسي و ايمني‌شناسي دانشگاه كرنل، مي‌گويد هر نوع جهشي به‌عنوان واريانت جديد در انديشه متخصصين گرفته نمي‌شود. جهش‌هاي خاموش رخ مي‌دهند، اما اهميتي ندارند. گونه‌هايي كه شناسايي و نام‌گذاري مي‌شوند، اغلب ويژگي‌هاي قابل ‌توجهي دارند؛ مانند توانايي بيشتر انتقال به انسان يا فرار از واكسن‌ها.

نظارت قوي به دانشمندان كمك مي‌كند ازطريق نمونه‌گيري تصادفي از جمعيت آلوده، تغييرات ژنوم ويروس را دنبال كنند. وقتي آن‌ها جهش‌هاي بالقوه مهم را شناسايي كنند (براي مثال براساس محلي از ژنوم كه تغيير در آن رخ مي‌دهد) مي‌توانند آن جهش‌ها را وارد مدل كامپيوتري نحوه‌ي تعامل پروتئين اسپايك با گيرنده‌ي ACE2 كنند تا نحوه‌ي رفتار گونه را پيش‌بيني كنند. اما براي درك نهايي اينكه جهش چگونه رفتار ويروس را تغيير مي‌دهد، بايد آزمايش‌هايي روي ويروس يا پروتئين‌ها انجام شود.

اولين واريانت SARS-CoV-2 كه بهار سال گذشته در ووهان شناسايي شد، جاي خود را به گونه‌ي جديدي به نام D614G (احتمالا در اروپا) داد. تا اواخر تابستان طول كشيد تا دانشمندان كشف كردند كه جهش اصلي در اين ‌گونه، احتمالا توانايي تكثير و انتشار آن را افزايش داده است.

SARS-CoV-2 به اندازه‌ي HIV يا آنفلوانزا جهش پيدا نمي‌كند، اما به گفته‌ي مور، وقتي چنين ويروسي در ۱۰۰ ميليون نفر قرار مي‌گيرد، جهش‌هايي رخ مي‌دهد.

به‌طور جداگانه، جهش نگران‌كننده‌تري در آفريقاي جنوبي رخ داد. اين گونه كه B.1.351 يا N501Y.V2 ناميده مي‌شود، جهش‌هاي مشابهي گونه‌ي بريتانيا داشت؛ اما علاوه ‌بر آن، جهش‌هاي ديگري نيز دارد كه نزديك محل اتصال پروتئين اسپايك به گيرنده ACE2 در سلول‌هاي انساني واقع شده است. جهش كليدي در اين‌جا جهشي است كه E484K نام دارد كه شكل دامنه اتصال گيرنده را به اندازه‌ي كافي تغيير مي‌دهد كه آنتي‌بادي‌هايي كه سويه‌هاي قبلي ويروس را تشخيص مي‌دهند، ممكن است از انديشه متخصصين تشخيص اين گونه دچار اشكال شوند. چندين مطالعه‌ي اوليه نشان داده است كه واكسن‌هايي مانند واكسن مدرنا، فايزر، نواواكس و جانسون اند جانسون دربرابر اين گونه محافظت مي‌كنند؛ اما عملكرد آن‌ها دربرابر اين گونه به اندازه‌ي گونه‌هاي اوليه كه براساس آن‌ها طراحي شدند، رضايت‌بخش نيست.

گونه‌ي مشابه با B.1.351 به نام P.1 در برزيل ظاهر شده است و به علت تشابهات آن با گونه‌ي آفريقاي جنوبي مي‌تواند نگران‌كننده باشد. در حال ‌حاضر دانشمندان چندين گونه از B.1.1.7 را پيدا كرده‌اند كه جهش‌ پيدا كرده و حامل جهش E484K هستند.

دامنه اتصال گيرنده يكي از نقاط نگران‌كننده است كه جهش‌ها مي‌تواند در آن اتفاق بيافتد. اين منطقه از ۲۲۳ اسيدآمينه تشكيل شده است كه ۲۲ مورد از آن‌ها با گيرنده‌ي ACE2 روي سلول‌هاي انساني در تماس قرار مي‌گيرند. هر يك از اين اسيدهاي آمينه مي‌تواند تغيير كند (به علت جهش‌ در توالي ژنتيكي كدكننده دامنه) و تماس آن با سلول‌هاي انساني و بنابر اين، توانايي حمله‌ي ويروس را افزايش بدهد.

جهش‌ها گاهي اوقات منعكس‌كننده «اثر بنيان‌گذار» هستند. ويروس جهش پيدا مي‌كند و يگ گونه از آن به گونه‌ي غالب تبديل مي‌شود؛ زيرا به‌طور اتفاقي در فردي ايجاد شده است كه ويروس را به‌طور گسترده منتشر مي‌كند. اين لاخبار تخصصيا به اين معنا نيست كه آن جهش مزيتي دارد.

اما گاهي ‌اوقات جهش‌هاي يكسان (يا بسيار مشابه) مانند N501Y در مناطق مختلف جهان ظاهر مي‌شود كه به‌گفته‌ي محسن سعيد، استاديار بيوتكنولوژي دانشكده پزشكي دانشگاه بوستون، معمولا به اين معنا است كه جهش مزيتي براي ويروس به همراه دارد. وي مي‎‌گويد اين ويروس در حال‌ حاضر در آلوده كردن انسان‌ها بسيار خوب عمل مي‌كند؛ بنابراين هرگونه مزيتي كه بر اثر جهش‌هاي آينده به دست آورد، احتمالا چشم‌گير نخواهد بود. سعيد مي‌گويد: «اگر صداي راديوي شما بسيار بلند و در حد ۱۰ باشد، افزايش آن به ۱۱ تفاوت زيادي ايجاد نمي‌كند. بااين‌حال، خواهيم ديد كه وقتي واكسن در مقياس گسترده استفاده شود، چه اتفاقي مي‌افتد. در چنين شرايطي، واكسن‌ها ممكن است محرك ايجاد جهش‌هاي فراري در ويروس شود تا توانايي آنتي‌بادي‌هاي خنثي‌كننده را مهار كند.»

ويروس SARS-CoV-2 براي مدت كوتاهي در جمعيت انساني در حال گردش بوده است؛ بنابراين دانشمندان هنوز در موقعيتي نيستند كه براساس شبيه‌سازي يا تاريخچه‌ي گذشته ويروس در اين مورد كه چه گونه‌هايي در آينده ظاهر خواهند شد، پيش‌بيني كنند. مور گفت: «نمي‌توانيم آن‌ها را كنترل كنيم، بلكه دربرابر آن‌ها واكنش نشان مي‌دهيم»؛ به عبارت ديگر، جهش‌ها در طبيعت رخ مي‌دهند و دانشمندان سپس مطالعه مي‌كنند كه تأثير آن‌ها روي قابليت انتقال، كشندگي يا فرار از واكسن چه خواهد بود.

اگرچه خوب است كه قدمي جلوتر از ويروس باشيد، براي مثال براساس شبيه‌سازي‌ها پيش‌بيني كنيد كه چه جهش‌هاي ديگري ممكن است ظاهر شود كه اين كار نيز با توجه به ميزان جهش ويروس احتمالا عملي نيست. مور گفت: «پروتئين‌ها ازانديشه متخصصين تعامل با گيرنده‌ها يا آنتي‌بادي‌ها بسيار انعطاف‌پذير هستند. نتيجه‌ي حاصل از جهش‌هاي بسيار مختلف در آن‌ها مي‌تواند يكسان باشد؛ بنابراين، نمي‌توانيد پيش‌بيني كنيد كه چه چيزي در حال رخ دادن است».

به گفته‌ي راكانيلو، دانشمندان ممكن است بتوانند برخي از جهش‌هاي احتمالي بسيار آشكار را پيش‌بيني كنند؛ مانند تغييرات آمينواسيدي خاص روي پروتئين اسپايك كه اتصال آنتي‌بادي را تحت تأثير قرار مي‌دهد يا تغيير در دامنه اتصال گيرنده اسپايك كه روي توانايي ويروس براي اتصال و ورود به سلول‌هاي انساني تأثير مي‌گذارد.

درحالي‌كه دانشمندان نمي‌توانند پيش‌بيني كنند كه كدام جهش‌ها به ويروس برتري مي‌دهد، مي‌دانند كه با گسترش بيشتر ويروس، آن جهش‌ها ظاهر خواهند شد. مور گفت: «شما گونه‌هايي را خواهيد ديد كه براي انتقال بيشتر و/يا مقاومت دربرابر پاسخ آنتي‌بادي انتخاب شده‌اند زيرا اين دو مورد، بزرگ‌ترين فشارهاي انتخاب هستند.»

فشار انتخاب قوي مانند چيزي كه همراه واكسن‌هاي داراي كارايي بسيار بالا است، ممكن است فرصت‌ تكثير و جهش را از ويروس بگيرد. در همين حين، فشار انتخاب بسيار ضعيف به اين معنا است كه ويروس نيازي به جهش ندارد، بنابراين هر تغييري مزيت ناچيزي فراهم مي‌كند.

اشكال زماني ايجاد مي‌شود كه فشار انتخاب متوسطي روي ويروس اعمال شود. براي مثال، استفاده‌ي گسترده از واكسن‌هاي ضعيف يا طولاني شدن زمان ميان دوزهاي اول و دوم واكسن، در شرايطي كه پاسخ آنتي‌بادي قوي نداريد، مي‌تواند زمينه‌ساز ايجاد گونه‌هاي جديد باشد.

بنابراين، براي پيشگيري از ظهور گونه‌هاي آينده، بايد اطمينان حاصل كنيم كه واكسن طبق برنامه به مردم داده مي‌شود تا مانع از جهش‌هاي فرار شويم. بايد شيوع ويروس را متوقف كنيم تا ويروس كرونا فرصت بيشتري براي جهش نداشته باشد.

البته به گفته‌ي مور، اين ويروس‌ها موجودات جادويي نيستند. آن‌ها هنوز ويروس‌هاي كرونا هستند و با رويكردهاي استاندارد مي‌توان جلوي آن‌ها را گرفت. تنها راه براي نزديك‌تر شدن به ويروس اين است كه نظارت گسترده‌اي بر گونه‌هاي جديد اعمال شود. به اين ترتيب، دانشمندان مي‌توانند گونه‌هاي جديد را پيدا و قبل از گسترش آن‌ها در جمعيت، تأثيرشان را در آزمايشگاه مطالعه كنند.

اگر هم گونه‌ها دربرابر واكسن‌ها مقاوم شوند، اصلاح واكسن‌هاي مدرنا و فايزر ساده خواهد بود و مي‌توان توالي ژنتيكي مورد استفاده در واكسن براي يادگيري بدن را با توالي ژنتيكي پروتئين اسپايك گونه‌ي جهش‌يافته جايگزين كرد.