Как вакцинация влияет на эволюцию вирусов
Кампания по вакцинации против SARS-CoV-2 — одна из тех, которые достигли беспрецедентного масштаба в мире. Исследователи задаются вопросом, как эти биотехнологии изменяют эволюцию патогенных агентов.
Исследователи в области математики и биологии, далекие от нагнетающей страх дезинформации против вакцинации о том, что вакцины могут породить более опасный и смертоносный вирус, задаются вопросом, как вакцинация, биотехнология, ставшая неотъемлемой частью нашей жизни, повлияет на эволюцию патогенов. Они предлагают концептуальные категории для определения и изучения адаптации вируса к окружающей среде, уделяя особое внимание случаю пандемии Covid-19. Свое исследование, в настоящее время не рецензируемое, они публикуют в .
Понимание эволюции патогена
Прежде всего, исследователи предлагают довольно классическое определение того, как рассматривать адаптацию патогена к окружающей среде: либо рассматривая абсолютную скорость роста, то есть среднее количество людей, которых заразил вариант, либо рассматривая относительную скорость роста, то есть сравнивая абсолютную скорость роста с абсолютной скоростью роста исходного варианта. Первый показатель дает информацию о распространении варианта в популяции и его способности заражать хозяев, а второй указывает, имеет ли штамм тенденцию становиться доминирующим.
Теперь мы знаем, что для распространения варианта скорость его роста - знаменитый R - должна быть больше 1. Для того чтобы вариант заменил другой, действует тот же принцип с коэффициентом отбора S: если он больше 1, вариант, вероятно, станет доминирующим. Что определяет эти два показателя, так это доля так называемых наивных и иммунных индивидов. Таким образом, вариант может быть более или менее приспособлен к определенному типу популяции, а его склонность к распространению в пределах одной из этих популяций позволяет нам узнать, в какой среде данный вариант, как говорят, приспособлен.
Четыре типа вариантов
Для того чтобы адаптироваться, варианты используют несколько механизмов: иммунное уклонение (путем переключения антигенов, подавления своего антигена, расширения своего антигенного репертуара или усиления инфекции между клетками), иммунное подавление (препятствуя секреции ферментов, производя иммунные регуляторные молекулы, производя молекулы, которые приводят к неадекватному иммунному ответу, производя молекулы "дымовой завесы", которые отвлекают иммунную систему) и иммунная эксплуатация (антителозависимая инфекция). В игру могут вступать и другие факторы, такие как скорость репликации вариантов (высокая скорость может подавлять иммунный ответ, в то время как низкая скорость может способствовать более или менее хронической инфекции, оставаясь ниже порога обнаружения иммунной системы).
Все эти соображения привели авторов к концепции двух основных семейств патогенных вариантов: "универсалов" и "специалистов". Если мы представим себе вариант, который адаптировался, используя некоторые из иммунных механизмов, упомянутых выше, а также адаптировался к наивной популяции, то мы можем сказать, что этот вариант является универсальным, т.е. что он будет распространяться лучше, чем исходный штамм, независимо от типа рассматриваемой популяции. С другой стороны, если вариант адаптирован только к уже иммунизированным популяциям, можно сказать, что он является специалистом, т.е. он будет распространяться лучше, чем исходный штамм в уже иммунизированных популяциях.
В рамках этих двух семейств можно также задать вопрос, будет ли иммунитет подавлять или облегчать инфекцию. Для учета этой специфики авторы создают еще две категории: варианты, подавляемые иммунитетом, и варианты, способствующие иммунитету. В то время как темпы роста первых будут снижаться с каждой инфекционной или вакцинационной кампанией, темпы роста вторых, вероятно, будут увеличиваться.
Как вакцинация влияет на эволюцию вирусов? Случай SARS-CoV-2
Прежде чем обсуждать гипотезы авторов относительно различных вариантов SARS-CoV-2, важно напомнить, что большинство вакцин вмешиваются в эволюцию и адаптацию патогенов по двум основным причинам: в качестве профилактического вмешательства вакцина ограничивает репликацию вируса в организме хозяина, тем самым ограничивая число поколений и, следовательно, передачу вируса; кроме того, вакцины обычно вызывают широкий иммунный ответ против вируса, и для адаптации к иммунитету, обеспечиваемому вакциной, обычно требуются многочисленные генетические изменения.
В отношении SARS-CoV-2 исследователи предполагают, что варианты Alpha и Delta относятся к категории "универсалов" с ослабленным иммунитетом. Действительно, согласно эпидемиологическим данным, Alpha и Delta распространились в странах с низким уровнем вакцинации в той же степени, что и в странах с высоким уровнем вакцинации. Это делает их универсалами, поскольку они распространяются независимо от того, является ли население наивным или иммунным. С другой стороны, хотя данные менее убедительны, кажется, что по мере увеличения темпов вакцинации скорость роста этих вариантов снижалась, что привело к классификации подавленных иммунитетом универсалов.
С другой стороны, Омикрон, несомненно, является специализированным вариантом, подходящим для иммунных популяций, учитывая его позднее начало, когда иммунитет, приобретенный в результате естественной инфекции, и охват вакцинацией был широко распространен. Предварительные наблюдения предполагают, что он также будет подавляться иммунитетом. Похоже, что из исходного штамма SARS-CoV-2 не возникло никаких иммуноопосредованных вариантов.