Co udělá nový koronavirus v roce 2022: dají se očekávat mutace, které se naučí obcházet imunitu

Nemoc covid-19 trápí svět už dva roky. Virus SARS-CoV-2 za tu dobu mnoho vědců překvapil tím, jak moc se mění, jak se vyvíjí a také spoustou vlastností, které během prvních výzkumů nebyly zřejmé. Jaký je jeho potenciál v roce 2022 a co od něj čekat? Na tuto otázku se pokusil odpovědět odborný časopis Nature.

Když se na začátku roku 2020 začala rozjíždět pandemie covidu, virologové a epidemiologové se snažili předpovídat, jak by se nový virus mohl začít chovat, jak se bude měnit a jak moc má šanci způsobit lidstvu problémy. Někteří věřili, že covid nemá potenciál rozšířit se – ale evoluční biolog Jesse Bloom ze Seattlu byl skeptický. Už tehdy uváděl, že nový patogen se nepodaří vymýtit a je mnohem pravděpodobnější, že se stane takzvaně endemickým, tedy, že se stane jedním z mnoha koronavirů, které v lidské populaci běžně kolují a způsobují nemoci se silou a příznaky rýmy.

Tento vývoj uvádí jako pravděpodobný celá řada virologů, ale nikdo zatím není schopen říct, kdy by se to mohlo stát, ani jak by to mělo vypadat. Podle Blooma je to tím, že se vlastně ví velice málo o rýmě, tedy o tom, jak se lidé těmto „neškodným“ koronavirům přizpůsobovali a jak se současně měnily samotné viry.

Jenom rýma? Ne, i běžné koronaviry se učí

Jedním z nejlépe prostudovaných příkladů je sezonní koronavirus s názvem 229E, který infikuje lidi opakovaně po celý život. Není ale vůbec jasné, jestli jsou tyto opakované nákazy důsledkem slábnoucí imunity lidí, anebo jestli se virus učí postupně stále lépe obcházet naši obranu.

Bloom se to pokusil zjistit. Povedlo se mu získat desítky let staré vzorky krve lidí, kteří byli vystaveni koronaviru 229E, a otestoval je na přítomnost protilátek proti různým verzím viru, které jsou uložené v laboratořích už od 80. let 20. století. Výsledky byly nečekané – vzorky krve z 80. let totiž obsahovaly vysoké hladiny protilátek, které blokovaly verzi viru z roku 1984, ale měly výrazně slabší efekt proti vzorkům z 90. let a ještě méně účinné byly proti variantám z let 2000 a 2010. To stejné platilo i u modernějších vzorků krve. Ukázalo se tedy, že lidé měli sice kvalitní imunitu proti virům z nedávné minulosti, ale už ne proti těm „z budoucnosti“ – podle Blooma to silně naznačuje, že se virus vyvíjel, aby se vyhnul imunitě; zatím to vypadá, že především té z překonané nemoci.

„Měli jsme téměř dva roky na to, abychom viděli, jak se SARS-CoV-2 vyvíjí. Myslím si, že existují jasné paralely s 229E,“ říká Bloom. Varianty jako omikron a delta nesou mutace, které otupují účinnost protilátek proti minulým verzím viru SARS-CoV-2. A síly, které pohánějí tuto „antigenní změnu“, pravděpodobně zesílí, jakmile většina planety získá imunitu vůči viru prostřednictvím infekce, očkování nebo obojího. Rychlý nárůst počtu nakažených variantou omikron nejprve v Jižní Africe a nyní v Evropě dokazuje, že SARS-CoV-2 už našel způsob, jak se alespoň částečně vyhnout lidské imunitě.

Konec krize není vidět

Právě to, jak se virus SARS-CoV-2 bude vyvíjet, bude zásadní pro to, jak bude pandemie vypadat v roce 2022 a v letech následujících. Zatím jsou podle Blooma ve hře všechny možnosti – je možné, že se virus změní v něco neškodného podobného rýmě, ale stále existuje i možnost, že nabere mutace, které ho učiní přinejmenším pro některé skupiny obyvatel smrtelnějším. Anebo také zůstane podobně smrtelným jako nyní.

Jisté je, že čím více se svět rozvolňuje a čím víc virus koluje, tím více má možností si všechny tyto varianty vyzkoušet. Zásadní roli hraje celosvětová snaha o očkování – v současné době je už tolik lidí alespoň částečně očkovaných, že by to mělo vytvářet na virus evoluční tlak.

Řada vědeckých týmů po celém světě se teď snaží modelovat, jak by cesty evoluce, po nichž se nový koronavirus vydá, mohly vypadat. Využívají k tomu modely viru, experimenty v laboratořích, ale také nejpokročilejší umělé inteligence. Zatím je podle Nature mezi experty nejrozšířenější přesvědčení, že se SARS-CoV2 začne chovat předvídatelněji, a začne se tak svými následky více podobat jiným respiračním virům – kdy k tomuto dojde a které infekci se bude podobat není ale jasné.

Vědci se učí za pochodu, říká Andrew Rambaut, evoluční biolog z Edinburské univerzity ve Velké Británii. „Zatím jsme neměli mnoho podkladů.“

Dvě cesty, které vedou ke stejnému cíli

Virus má jen jeden cíl, dál-li se tak označit nevědomé chování, a to množit se. Může toho dosáhnout více cestami: jedna z nich ho činí snadněji přenosným. I k tomu si může vyvinout řadu triků: třeba se rychleji replikuje v buňkách, lépe přežívá ve vnějším prostředí, nebo se množí v místech, kde může snadněji nakazit jiné. Druhou možností je, že se dokáže nějak vyhnout imunitě nakaženého – to až doposud nemělo pro virus příliš velký význam, protože vůči němu přímo imunitu mělo jen málo lidí. Teď je ale situace jiná, většina lidí se už nějak s covidem setkala – buď očkováním nebo tím, že nemoc prodělali.

To znamená, že v počátcích pandemie bylo pro virus nejvýhodnější, aby se měnil k vyšší infekčnosti – to současně zhoršovalo průběh nemoci, protože se zaměřil na rychlé množení, a lidé tak dostávali při nákaze vyšší infekční dávku.

„Čekala jsem, že se tento nový koronavirus významným způsobem přizpůsobí člověku – a to by pravděpodobně znamenalo zvýšení přenosnosti,“ říká Wendy Barclayová, viroložka z Imperial College London.

Sekvenování genomu viru na počátku pandemie ukázalo, že virus získává přibližně dvě jednopísmenné mutace měsíčně. Tato rychlost změn je přibližně poloviční než u chřipky a čtvrtinová než u viru HIV. Koronaviry totiž mají enzym, který využívají pro opravu chyb, jež by vedly ke vzniku defektních „bezzubých“ variant. U jiných RNA virů je tento mechanismus vzácný.

Virus se změnil skokově

Virus se opravdu k vyšší nakažlivosti vyvíjel, ale nesmírně pomalu, jenže pak se objevily varianty delta a alfa, kde se objevilo mutací najednou větší množství, a to zcela změnilo jejich přenosnost, bohužel směrem nahoru. Alfa, neboli B.1.1.7 obsahovala množství mutací zejména ve svém proteinu hrotu. „Bylo to trochu neobvyklé, protože to vypadalo, že se objevila odnikud,“ popisuje v Nature počítačový biolog Francois Balloux z University College London.

Tato varianta se šířila nejméně o 50 % rychleji než dříve kolující linie. Přibližně ve stejné době, kdy Britové objevili alfu, spojili „lovci virů“ v Jihoafrické republice další variantu s mutacemi nazvanou B.1.351 – nyní známou jako beta – s druhou vlnou tamních infekcí. A nedlouho poté byla vysoce přenosná varianta, nyní nazývaná gamma, vystopována ve státě Amazonas v Brazílii.

Všechny tři mají společné některé mutace, zejména v klíčových oblastech hrotového proteinu, který se podílí na rozpoznávání receptorů ACE2 hostitelské buňky, jež virus využívá ke vstupu do buněk. Navíc u nich vědci našli mutace, které několikrát pozorovali u lidí s oslabeným imunitním systémem u nichž nemoc trvala několik měsíců. To vedlo vědce k domněnce, že dlouhodobé infekce mohou viru umožnit zkoušet různé kombinace mutací, aby našel ty, které jsou úspěšné. Typické infekce trvající několik dní nabízejí méně příležitostí.

Ať už byl jejich původ jakýkoli, všechny tři varianty byly infekčnější než kmeny, které vytlačily. Beta a gama ale také obsahovaly znepokojivé mutace, které snížily účinnost „neutralizačních“ protilátek blokujících infekci u vyvolaných předchozí infekcí nebo získaných očkováním. To je chování, které přesně odpovídalo tomu, co předpovídal Bloom a jeho výzkum rýmových koronavirů.

Delta a omikron jako blesk z čistého nebe

Obecně vědci předpokládali, že buď alfa nebo beta budou rodičem další varianty, která se rozšíří po celém světě – tedy, že tyto kmeny budou postupně nabírat další mutace, jež virus učiní nakažlivějším nebo ještě odolnějším vůči protilátkám. Ale to se nestalo, přišel totiž další blesk z čistého nebe – varianta delta.

Přišla z Indie, opět obsahovala spoustu mutací, ale i ona měla vlastní původ. Oproti alfě se šířila o šedesát procent rychleji a právě ona v současné době svírá Evropu. V porovnání s jinými variantami, včetně varianty alfa, se umí delta množit rychleji a na vyšší úroveň v dýchacích cestách infikovaných – to jí umožňuje „hrubou silou“ překonat počáteční imunitní reakce těla proti viru.

A to stejné udělal teď v zimě omikron, jen v Jižní Africe – opět je to varianta nečekaná, s obrovským množstvím mutací najednou a zase je o něco více nakažlivá a ještě lépe překonává imunitu. Tyto změny jsou podle vědců dané tím, že je SARS-CoV-2 úplně nový. Ostatní viry, které se v lidské populaci vyskytují, nedělají ani zdaleka takové skoky v nakažlivosti, jako zvládl SARS-CoV-2 v posledních dvou letech – nejen Bloom, ale i většina dalších vědců očekává, že se i tento virus nakonec bude chovat stejně.

Virus totiž musí vyvažovat svou schopnost replikovat se v dýchacích cestách lidí na vysokou úroveň s potřebou udržet je dostatečně zdravé na to, aby stihli nakazit nové hostitele. „Virus 'nechce' nikoho poslat do nemocnice a způsobit, aby onemocněl natolik, že už se nesetká s řadou dalších lidí,“ uvádí vědci v Nature. Jedním ze způsobů, jak by virus mohl tento problém „řešit“, by bylo vyvinout se tak, aby v dýchacích cestách lidí rostl na nižší úroveň, ale udržoval infekci po delší dobu, čímž by se zvýšil počet nových hostitelů vystavených viru, říká Rambaut. „V konečném důsledku bude existovat kompromis mezi tím, kolik viru můžete vyprodukovat a jak rychle vyvoláte imunitní systém.“ Tím, že se SARS-CoV-2 bude držet při zemi, může zajistit své další šíření.

Pokud by se virus vyvíjel tímto způsobem, mohl by se stát méně závažným, ale tento výsledek není zdaleka jistý. „Existuje předpoklad, že něco, co je více přenosné, se stane méně virulentním. Nemyslím si, že bychom měli zaujmout takový postoj,“ říká virolog Francois Balloux. Jenže to, co vidíme, takovému očekávanému vývoji odporuje – nové varianty včetně delty jsou spojovány se zvýšenou mírou hospitalizací a úmrtí – pravděpodobně proto, že se v dýchacích cestách lidí množí do extrémních hodnot. Je sice populární uvádět, že viry se vyvíjejí tak, aby se stávaly „hodnějšími“, ale ve skutečnosti je to mnohem složitější, komentoval tento vývoj virolog Andrew Rambaut: „Tvrzení, že se viry vyvíjejí tak, aby se staly mírnějšími, je tak trochu mýtus“.

Budoucnost je nejistá

Virologové se většinou shodují v tom, že infekčnost nového koronaviru se už příliš zvyšovat nebude; může ještě růst, ale už by to nemělo být o moc, v tomto ohledu měl dost času se lidem už přizpůsobit. Přitom měl ale mnohem kratší dobu na to, aby se změnil tak, aby lépe odolával protilátkám – a právě to je zřejmě cesta, kterou se jeho mutace vydají v roce 2022.

Bude se tedy zřejmě vyvíjet podobně jako jiné rýmové viry v Bloomově výzkumu – tato evoluční cesta, směřující k vyhýbání se imunitě a odklon od zvyšování infekčnosti, je běžná u zavedených respiračních virů, jako je chřipka, uvádí Adam Kucharski, matematický epidemiolog z London School of Hygiene and Tropical Medicine. „Nejjednodušší způsob, jak může virus vyvolat novou epidemii, je vyhnout se imunitě v průběhu času. To je podobné tomu, co vidíme u sezonních koronavirů.“

Omikron má opravdu mutací, které oslabují účinek vakcín i protilátek z překonané nemoci zdaleka nejvíc, odpovídá tedy těmto předpovědím. Tento vývoj, kdy se virus „specializuje“ na něco, co je pro něj extra výhodné, ale může mít a zpravidla i mívá, i negativní dopady. Oblast na hrotovém proteinu, proti níž se protilátky zaměřují, je totiž poměrně malá a nemůže se měnit donekonečna – jinak by zase ztratila schopnost připojovat se na receptory na buňce, kterou chtějí viry napadnout.

Dá se to přirovnat k bodné zbrani, která má proniknout třeba drátěnou košilí bojovníka: musí být dost ostrá a tenká na to, aby mezi kroužky pronikla – jenže pokud ji zbrojíř vyrobí s hrotem příliš úzkým, pak sice zbrojí pronikne, ale buď se přitom zlomí, anebo nezpůsobí bojovníkovi větší škody – a právě to může potkat i budoucí varianty nového koronaviru.

Lidské tělo nemlčí

V evoluční biologii je oblíbenou metaforou příběh Červené královny. Zjednodušeně říká, že tím, že se nějaký organismus adaptuje, způsobuje nějaké změny i ve svém okolí – a na tyto změny se pak zase musí sám adaptovat; tento závod ve zbrojení je tedy dlouhodobý a může ho změnit jen podstatná změna v celém systému.

Lidská imunita se tedy bude viru SARS-CoV2 také přizpůsobovat, ať už vakcinací, nebo setkáváním s nejrůznějšími kmeny a variantami viru. To by mohlo imunitní reakci přeměnit z drátěné košile v něco, jako je plátová zbroj, kterou už žádná bodná zbraň nemůže proniknout – samozřejmě jen do doby, než se zase virus změní v obdobu bojového kladiva, které i pláty probije.

Virus v přechodu

Jak se SARS-CoV-2 vyvíjí v reakci na reakce lidské imunity, má jasné dopady na to, jak se bude měnit na endemický – podle virologa Adama Kucharskiho by se měly v blízké budoucnosti i nadále očekávat explozivní vlny covidových infekcí, ale mělo by to být podobnější závažnějším chřipkovým epidemiím, na jaké je svět zvyklý v posledních desítkách let. Neměly by způsobovat ale už tak závažné problémy, protože paměťová imunita uložená v takzvaných T-buňkách po očkování i nákaze zůstává poměrně silná a dalšími setkáními s virem se jen ještě víc posiluje.

Aby mohli vědci předpovědět, jak budou tyto epidemie vypadat, zkoumají, jak rychle se populace stává nově náchylnou k infekci – a jestli se tak děje hlavně prostřednictvím evoluce viru, slábnoucí imunitní reakce, anebo narozením nových dětí bez imunity vůči viru. „Mám pocit, že nejpravděpodobnější evoluční trajektorií mohou být malé změny, které otevřou určitou část dříve vystavené populace opětovné infekci,“ zvažuje Rambaut.

Vydá se covid cestou spalniček, chřipky nebo RSV?

Nejnadějnější, ale pravděpodobně nejméně pravděpodobná budoucnost SARS-CoV-2 by byla, kdyby následoval cestu spalniček. Infekce nebo očkování poskytují doživotní ochranu a virus cirkuluje převážně díky nově narozeným dětem. „Dokonce i virus jako spalničky, který v podstatě nemá schopnost vyvíjet se tak, aby se vyhnul imunitě, je stále na světě,“ říká Bloom.

Pravděpodobnější, ale stále relativně nadějnou paralelou pro budoucnost viru SARS-CoV-2 je takzvaný respirační syncytiální virus (RSV). Většina lidí se jím nakazí v prvních dvou letech života. RSV je hlavní příčinou hospitalizace kojenců, ale většina dětských případů má mírný průběh. Slábnoucí imunita a evoluce viru společně umožňují, aby se každý rok po planetě rozšířily nové kmeny RSV, které ve velkém počtu infikují dospělé, ale díky vystavení v dětství mají později většinou jenom mírné příznaky. „Pokud se SARS-CoV-2 vydá touto cestou – za podpory vakcín, které poskytují silnou ochranu proti závažným onemocněním – stane se v podstatě dětským virem,“ dodává Rambaut.

A další dva možné scénáře nabízí chřipka. Virus chřipky A se rychle vyvíjí a umí rychle generovat nové zmutované varianty – ty sice nejsou zpravidla o moc více infekční než minulé vlny, ale jsou schopné uniknout imunitě vyvolané předchozími kmeny. Výsledkem jsou sezonní epidemie, které nejčastěji postihují dospělé a u některých dokonce způsobují vážné zdravotní problémy nebo dokonce smrt. Očkování proti chřipce sice snižuje závažnost onemocnění a zpomaluje přenos, ale rychlý vývoj chřipky A znamená, že vakcíny nejsou vždy dobře dokonale přizpůsobené kmenům, které se zrovna objeví – díky propojenosti světa se dnes může varianta z jihu Ameriky dostat na sever Evropy během pouhých několika dní.

Pokud se však virus SARS-CoV-2 bude vyvíjet pomaleji, aby se vyhnul imunitě, mohl by se začít podobat chřipce B. Pomalejší tempo změn tohoto viru ve srovnání s chřipkou A znamená, že jeho přenos je z velké části poháněn infekcemi u dětí, které mají menší imunitu než dospělí.

„To, jak rychle se SARS-CoV-2 vyvíjí v reakci na imunitu, také určí, zda – a jak často – bude třeba vylepšovat vakcíny,“ uzavírá Nature.