Быстрая эволюция SARS-CoV-2 бросает вызов системе защиты человека

Было много дискуссий о роли воздействий на биоразнообразие в содействии возникновению зоонозов.21. Однако роль огромной, связанной по всему миру человеческой популяции в массовом производстве вирусов, способствующих быстрой эволюции SARS-CoV-2, недостаточно признана.

Наш анализ свидетельствует о необычайно быстрой эволюции и селекции SARS-CoV-2, при этом количество уникальных вариантов RBD удваивается каждые 89 дней, что явно достигло полной скорости в расе Красной Королевы, рискуя превзойти защитные силы человека. Один и тот же вариант RBD или вариант с идентичной последовательностью может возникать независимо в разных местах, как предполагает эволюционное дерево для аминокислотной последовательности, показанной вариантом α (Fig. 3a). Однако эволюционный процесс SARS-CoV-2 отклоняется от случайного процесса, при этом несбалансированное развитие ветвей свидетельствует о сильном отборе (рис. 3а, б), что согласуется с динамикой, наблюдаемой для филогенеза белковых семейств.18. Процессы селекции удаляют незаразные ветви, приводя к тяжелым ветвям более заразных штаммов (рис. 3а). Действительно, количество копий различных вариантов RBD с течением времени не является случайным, а находится под селективным давлением, в частности определяемым инфекционностью появившихся новых вариантов, как это задокументировано для так называемого α (B.1.1.7), β (B.1.351) и γ (P.1, а также P.2) RBD-варианты SARS-CoV-2 (видео S1, рис. 4). Результатом этого процесса является высокоиерархическое динамическое распределение вариантов RBD со структурой ранжированного изобилия, соответствующей закону Юла.20, всего 3 варианта (исходный, α и γ), содержащие 85% от общего количества изолятов (рис. 2в – д). В этот доминирующий пул могут быстро поступать новые высокоинфекционные варианты (видео S1). Расширение охвата вакцинацией эффективными вакцинами должно иметь возможность искривить этот процесс за счет снижения глобальной скорости производства SARS-CoV-2 и, следовательно, скорости его диверсификации, что свидетельствует об изменении соотношения между общим числом вариантов и общим числом. представленных здесь изолятов, который заслуживает более глубокого и пристального внимания.

Высокая частота мутаций РНК-вирусов, вызванная склонными к ошибкам РНК-зависимыми РНК-полимеразами.22 наряду с огромным производством вируса, опосредованным огромным пулом доступных человеческих хозяев, способствует быстрой эволюции SARS-CoV-2. Наличие большого количества циркулирующих вариантов в одной и той же популяции хозяина активирует дополнительный механизм диверсификации вируса — рекомбинацию. Рекомбинация включает в себя образование химерных молекул из родительских геномов смешанного происхождения.22, что, вероятно, способствует быстрой диверсификации SARS-CoV-2. При условии, что время удвоения вариантов RBD SARS-CoV-2 составит 89 дней, количество вариантов RBD SARS-CoV-2 будет продолжать расти. Эта быстрая диверсификация и отбор вариантов RBD предсказывают, что отбор более инфекционных вариантов станет доминирующим в высокоиерархическом распределении, динамически соответствующем закону Юла. Это предвещает новую фазу пандемии после 15 октября 2021 г., характеризующуюся ускорением темпов эволюции вируса, что создаст новые проблемы в виде новых вызывающих озабоченность вариантов, таких как недавно обнаруженный омикрон (B.1.1.529), добавить тем, которые уже обнаружены. Однако диверсификация вируса будет замедлена из-за снижения репликации вируса в результате растущего иммунитета, приобретенного населением мира в результате контакта с циркулирующим вирусом, а также увеличения охвата эффективными вакцинами.

Мутация и, возможно, рекомбинация пропеллера SARS-CoV-2 должны быстро развиваться, а это означает, что необходимо признать тактику защиты человека, если мы хотим преодолеть пандемию задолго до того, как она пойдет на спад после достижения ограничения доступных носителей. Эволюционная теория утверждает, что хозяева развивают эволюционную защиту посредством рекомбинации при половом размножении, что позволяет им модифицировать свой геном, чтобы предвидеть и предотвращать атаки патогенов.2,23,24. Для этого требуется отбор между поколениями и катастрофическая смертность, чтобы исключить заболеваемость SARS-CoV-2. Наши защитные механизмы включают средства защиты от контакта с вирусом, а также методы лечения и вакцины, когда SARS-CoV-2 попадает в наш организм. Внешняя защита включает в себя социальное дистанцирование со строгими ограничениями, которые, как было доказано во многих странах, являются наиболее эффективным защитным механизмом, каким бы непопулярным он ни был, для сдерживания пандемии, наряду с ношением средств защиты и новым использованием нанотехнологий для обнаружения и перехвата вирусов.25.26. Эти усилия должны быть дополнены непрерывным развитием разнообразного набора универсальных средств иммунизации, таких как поливалентные нанотела.27 и вакцины, вызывающие иммунную защиту, которая варьируется и может защитить нас от широкого спектра вариантов RBD, существующих и будущих, по мере появления новых вариантов, которые преодолевают иммунную защиту, созданную ранее инфицированными или вакцинированными людьми, как показывает наш многолетний опыт борьбы с дрейф и сдвиг вируса гриппа28. Действительно, недавние сообщения показывают, что сыворотка выздоравливающих и мРНК-вакцина BNT162b2 могут быть не столь эффективны против некоторых вариантов29. Тем не менее, наши данные обнадёживающе показывают замедление времени удвоения количества обнаруженных вариантов RBD наряду с прогрессивным сокращением количества вариантов, обнаруженных на одного инфицированного человека, после июля 2021 года. Вероятным объяснением этого изменения тенденции является 17. месяцев после объявления пандемии, является увеличение числа вакцинированных людей во всем мире, что требует специального анализа, как указывалось ранее.

Теория эволюционной экологии помогает сформулировать прогнозы будущего поведения SARS-CoV-2. С другой стороны, пандемия COVID-19 предоставляет беспрецедентную возможность проверить теорию эволюционной экологии, которая в основном носит логический характер. Это важно, так как никогда раньше эволюционный процесс не отслеживался в режиме реального времени и с таким количеством открытых геномных данных в глобальном масштабе. SARS-CoV-2 подтверждает ряд эволюционных теорий и законов, таких как эволюционная основа частично несбалансированной архитектуры филогенетических деревьев на эволюционных уровнях.18.19процесс диверсификации, ответственный за давний закон Йоля20и более целенаправленная структура теории Красной Королевы2 предсказание эволюционной тактики возбудителей.

Разработка вакцины в рекордно короткие сроки, ставшая возможной благодаря беспрецедентному сотрудничеству, была отмечена как начало конца пандемии. Скорее, это может быть началом новой фазы, когда непрерывная разработка новых, разнообразных и универсальных вакцин30 представляет собой нашу основную защиту от развивающегося SAS-CoV-2. Универсальная вакцина против коронавируса идеально защитит от существующих и будущих вариантов SARS-CoV-2, а также от коронавирусов животного происхождения, которые могут вызвать будущие зоонозные вспышки и пандемии.30. Это требует устойчивого глобального сотрудничества и преодоления проблем, связанных с тем фактом, что SARS-CoV-2 в первую очередь поражает эпителиальные клетки на поверхности слизистых оболочек и имеет ограниченный контакт с системной иммунной системой, что снижает реакцию на системно вводимые вакцины.30. In silico анализ эффективности существующих вакцин против вероятных вариантов RBD, которые еще не обнаружены, и разработка новых эффективных вакцин против таких вариантов позволят нам обогнать SARS-CoV-2 в эволюционной гонке в качестве реактивной тактики догоняющего. , как это было до сих пор, будет нести постоянные риски. Действительно, in silico анализ обнаружения31заразность32 и дизайн вакцины33 существующих и будущих вариантов, представляют собой модель для растущего использования предсказания in silico в качестве инструмента для прогнозирования средств защиты от пандемии. Искусственный интеллект может дополнительно помочь проанализировать иммуногенность всех несинонимичных вариаций описанных и предсказанных последовательностей SARS-CoV-2, чтобы создать план для эффективной разработки вакцины.34, учитывая, что инфекционность является основной движущей силой селекции вариантов SARS-CoV-2. Тем не менее, активизация вакцинации и совместные усилия по секвенированию SARS-CoV-2 позволяют на раннем этапе обнаруживать новые варианты, вызывающие озабоченность.17 остаются важными стратегиями борьбы с пандемией.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.