Covidová pandemie změnila svět mnoha způsoby, z některých se společnost nevzpamatovala ani po šesti a půl letech. Patogen se rychle vyvíjel, což vedlo nejen ke vzniku řady konspiračních teorií, ale i komplikací ohledně léčby, očkování a opatření. Čeští a izraelští vědci v laboratorních podmínkách nyní zrekonstruovali, jak se koronavirus SARS-CoV-2 měnil a vyvíjel, a zároveň odhalili podmínky, které mohou vést ke vzniku vysoce nakažlivých variant.
V srpnu roku 2021 vydal Jiří Zahradník z 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy v centru BIOCEV studii, ve které upozornil na dvojici mutací ve vazebném místě koronaviru SARS-CoV-2. Ty v jeho evolučním experimentu výrazně zvyšovaly nakažlivost viru, protože se dokázaly účinněji vázat na buňky v lidských dýchacích cestách. Netrvalo ani tři měsíce a v Jihoafrické republice se objevila varianta, jež dostala název omikron – a která obsahovala přesně tu dvojici mutací, kterou předpověděl Zahradník.
Metoda, kterou Zahradník vyvinul a použil, takzvaná „in vitro evoluce“, si tehdy získala zaslouženou pozornost – hlavně proto, že by mohla předpovídat zásadní zlomové body v průběhu pandemií, a navíc se dá poměrně snadno upravit tak, aby odrážela různé podmínky, při nichž se pandemické viry vyvíjí.
Teď Zahradník ve spolupráci s experty z izraelského Weizmannova institutu věd metodu vylepšil. Jeho tým rekonstruoval vývoj koronaviru SARS-CoV-2 od původního kmene z Wu-chanu, přes vznik vysoce nakažlivé varianty omikron, až po pokročilé podvarianty omikronu, které pak prošly zdravotními systémy celého světa.
Experiment byl zcela bezpečný – badatelé nepracovali s živými viry, ale jen s jejich proteiny. Nehrozilo tedy sebemenší riziko nákazy nebo přeskočení viru na vědce zkrátka proto, že ve zkumavkách nebyl celý virus, ale jen jeho pro evoluci důležité části.
Evoluce ve zkumavce
Evoluce virů je podobná jako u všech ostatních živých organismů (byť u virů si vědci nejsou úplně jistí, jestli vůbec živé jsou). Probíhá prostřednictvím mutací a jejich výběru. Aby viry přežily a šířily se, množí se velmi rychle, což často vede ke vzniku mutací, které se mohou nahromadit. Když je vhodných mutací hodně najednou, vzniká nová varianta viru.
V aktuální studii dokázali biologové evoluční proces a tlak ještě urychlit tak, že místo roků trval pouhé měsíce. Pomocí geneticky upravených buněk pivních kvasinek pak vystavili miliony vzniklých variant lidským receptorům a napodobili přirozený výběr tím, že zachovali jenom ty, které se na receptory stále dokázaly úspěšně vázat.
Výzkumníci přitom zkoumali jak původní „čínskou“ variantu viru, tak i řadu dalších, jež byly tak významné, že si zasloužily vlastní název – zejména alfa, beta a omikron. Sledovali, jak se jejich vazebná místa vyvíjela ve dvou scénářích: při silném selekčním tlaku a při slabém selekčním tlaku.
Silný tlak představuje situaci, kdy každou evoluční fázi přežije jenom malé množství nejlépe přizpůsobených variant, což umožňuje výhodným mutacím rychle převládnout. Při slabém selekčním tlaku naopak přežívá mnoho variant a výhodné mutace se navzájem obohacují, aniž by zcela převládly.
„Bez ohledu na to, s jakou virovou variantou jsme začínali, při silném selekčním tlaku se vždy velmi brzy objevila varianta nápadně podobná omikronu a jeho podvariantám, která rychle ovládla celou populaci,“ přiblížil Zahradník.
Experiment tak odrážel dění v reálném světě: „Stejnou trajektorii jsme pozorovali během pandemie koronaviru, která od konce roku 2021, kdy se omikron stal dominantní variantou, již neprodělala další podobně zásadní změnu. Ve skutečnosti se nám podařilo přesně zrekonstruovat evoluční cestu koronaviru mezi miliardami lidí během tří let v laboratorních experimentech trvajících jen pár měsíců,“ doplňuje vědec.
Dobrá zpráva pro další pandemie
Autoři studie se podívali také na jiný koronavirus, dobře známý SARS, který způsobil několik menších epidemií s vysokou smrtností. Také on se při silném evolučním tlaku choval podobně jako covidový virus – změnil se tak, aby se účinně vázal na buňky v dýchacích cestách.
To by naznačovalo, že se může v případě přeskočení na člověka snadněji šířit, ale ve skutečnosti je to opačně. „Dobrou zprávou je, že některé z vybraných mutací vykazují vysokou podobnost s koronavirem SARS-CoV-2, který způsobil pandemii, a je tedy pravděpodobné, že proti nim máme částečnou imunitu a tento virus už pandemii nezpůsobí,“ vysvětlují izraelští vědci, kteří měli tuto část experimentu na starost.
Na jeden výzkum přinesla tato studie zajímavých výsledků víc než dost. Narazila ale také na jednu z největších, a doposud ne zcela vyjasněných záhad pandemie. Tou je vznik varianty omikron, která se objevila jako nečekaně zásadně odlišná od starších variant – podle virologů zkrátka nebylo dost dobře možné, aby dokázala takové množství mutací v krátkém čase jen tak nahromadit.
V nové studii se výsledky evolučního tlaku dostaly ke stejnému vysvětlení, s nímž virologové pracují jako s hypotézou, tedy, že varianta vznikla u nějakého pacienta s narušenou imunitou, kde uvnitř jeho těla mohla přicházet s množstvím pokusů, jež by zdravý imunitní systém rychle zatrhl.
To podle autorů zdůrazňuje, jak důležité je správně léčit imunosupresivní stavy, například AIDS, ještě před vypuknutím další globální pandemie, a chránit imunokompromitované osoby před infekcí a chronickým onemocněním. Pomáhá se tak totiž nejen jim, ale i všem zdravým, na něž se později zmutovaný virus může přenést.
