Sólin Sólin Rís 10:46 • sest 16:31 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 12:23 • Sest 24:03 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 09:55 • Síðdegis: 22:16 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 03:36 • Síðdegis: 16:12 í Reykjavík
COVID-19 borði í flokk

Mun bóluefni við COVID-19 nokkuð virka á alla stofna veirunnar?

Arnar Pálsson

Öll spurningin hljóðaði svona:
Góðan dag, er það ekki rétt að inflúensa er margir stofnar og bóluefni miðast við að koma í veg fyrir að fólk smitist af einhverjum tilteknum stofnum. Nú er talað um að það séu margir stofnar af COVID í gangi í heiminum, og fer fjölgandi með stökkbreytingum. Gildir ekki það sama hér um bóluefnið að ekki verður unnt að bólusetja við öllum stofnunum?

Frá því veiran SARS-CoV-2 uppgötvaðist snemma árs 2020 vöknuðu spurningar um hvort af henni væru ólíkir stofnar eða afbrigði. Stofnar eru aðskildir hópar innan tegunda en afbrigði eru stofnar sem sýna mun á virkni eða erfðasamsetningu, til dæmis eru til fjögur afbrigði bleikju í Þingvallavatni sem greina má á útliti og stærð.

Stökkbreytingar geta orðið þegar veirur fjölga sér og þar sem þær gera það kynlaust, safnast erfðabreytileiki upp í greinum ættartrés veirunnar.[1]

Mynd 1: Stökkbreytingar á erfðaefni veiru sem berst milli einstaklinga (gráir hringir) má nota til að rekja smitið. Ættartré veiranna endurspeglar smitsöguna. Myndin sýnir einfaldað tilfelli. Sýndir eru litningar 5 gerða af veiru, sem eru ólíkir vegna 7 stökkbreytinga (litaðar línur). Þessir litningar mynda þá fimm ólíkar setraðir (e. haplotypes) sem einnig má kalla afbrigði. Sumar stökkbreytingar eru eldri (og finnast í tveimur eða fleiri gerðum), en aðrar yngri og finnast bara í einni gerð.

Ef nægilega margar stökkbreytingar safnast upp er talað um stofna eða jafnvel afbrigði. Hérlendis er til dæmis rætt um grænu og bláu stofna veirunnar. Þetta byggir á mun á erfðamynstri, sambærilegt við greinarnar á 1. mynd. Þetta eru merkimiðar til aðgreiningar, en ekki vísbending um að veirurnar séu ólíkar í virkni. Ef stofnar verða hins vegar mjög ólíkir í erfðasamsetningu og hafa þar af leiðandi ólík áhrif á hýsla, eins og að smita misvel, fjölga sér ólíkt, valda ólíkum einkennum, þá má kalla þá ólík afbrigði. Þetta á til dæmis við um ólíka stofna inflúensu sem verða til á hverju ári og valda því að þróa þarf ný bóluefni reglulega.

Hvaða munur er á ólíkum stofnum veirunnar?

Nýleg rannsókn Bethany Dearlove og félaga sem birtist í tímariti Bandarísku vísindaakademíunnar PNAS sýnir að erfðabreytileiki innan veirunnar er frekar lítill. Köfum í mynstur breytileika í erfðaefni veirunnar til að skilja þetta betur.

Bethany og félagar unnu með heilraðgreind erfðamengi 18.514 veira, sem spanna sýni frá janúar til júní 2020, frá mörgum löndum og álfum.[2] Þau skoðuðu næstum allt erfðamengi veirunnar, það er að segja 29.409 basa af um 29.900 bösum. Þau tóku sérstaklega fyrir algengasta flokk frávika í erfðaefni, stakar basabreytingar, þar sem til dæmis basi A í stöðu 421 breyttist í G.

Þau spurðu hversu margar staðir í erfðamengi veirunnar eru breytilegir? Svarið er að 7.559 staðir af þessum 29.409 bösum hafa að minnsta kosti eina breytingu.[3]

Með hliðsjón af þessu mætti ætla að það væri mikill breytileiki í erfðamengi veirunnar. En fjöldi nýrra breytinga er bara hluti af sögunni. Meira máli skiptir hversu algengar þessar breytingar eru í stofni veirunnar. Til dæmis ef spurt er um eina tiltekna breytingu (C í stöðu 101 breytist í T), finnst hún í einu mengi, 10 eða 15.000? Þetta er spurning um tíðni. Er tíðni breytileikans lág (nálægt eða undir 1%) eða há (yfir 5% eða kannski nær 50%)?

Svarið er að næstum allar breytingarnar eru mjög sjaldgæfar. Einungis 11 af 7559 breytingum finnast í 5% eða fleiri erfðamengjum, og sjö eru yfir 10% tíðni. Tvær stökkbreytingar sem orðið hafa síðan veiran barst í menn, eru komnar yfir 50% tíðni í stofni veirunnar. Ein er breyting á C í T á basa 14.143 (sem breytir amínósýruröð gensins ORF1ab) og hin er skipti á A í G á basa 23.403. Sú síðarnefnda er sérlega forvitnileg því hún leiðir til skipta á amínósýru í bindiprótíni (e. spike protein) veirunnar.[4] Bindiprótín eru kórónuveirum mikilvæg, því þau tengjast frumum og gera veirunum kleift að ráðast inn í þær. Þau eru oft sykruð, eins og önnur prótín sem veirur nota til að ljúka upp frumum eða sneiða hjá ónæmiskerfum.

Meginniðurstaðan er sú að mismunandi SARS-CoV-2-veirur eru mjög svipaðar, og næsta víst að bóluefni gegn einni gerð muni virka gegn annarri. Af sömu ástæðum eru allar líkur á því að sá sem smitast af einni gerð SARS-CoV-2, sé einnig með ónæmi gagnvart öðrum gerðum veirunnar, en um það má lesa meira í svari við spurningunni Ef ég mynda ónæmi fyrir einni útgáfu af COVID-19 hef ég þá nokkuð vörn fyrir öllum stökkbreyttu útgáfunum?

Hví er svo litill erfðabreytileiki í veirunni? Tvær líffræðilegar ástæður skipta mestu. Önnur er hreinsandi val, náttúrulegur kraftur sem fjarlægir flestar stökkbreytingar vegna þess að þær draga úr hæfni veiranna sem bera þær.[5] Hin er lág stökkbreytitíðni meðal SARS-CoV-2 og skyldra veira. Stökkbreytitíðni þessara veira er því 10 sinnum lægri en annara RNA-veira.[6]

Önnur nýleg rannsókn sýnir einmitt að erfðabreytileiki í sykruprótíni SARS-CoV-2 er um það bil 100 sinnum minni en hjá öðrum veirum sem valda óskunda meðal manna eins og HIV, mislinga- og inflúensuveirum (2. mynd). Af þeim fimm kórónuveirum sem sýkja menn að staðaldri,[7] hefur SARS-CoV-2 minnsta breytileikann. Og breytileikinn í kórónaveirunum er margfalt minni en það sem finnst meðal til dæmis mislinga og inflúensuveira.

Mynd 2: Erfðabreytileiki í sykruprótínum ólíkra veira og mat á virkni bóluefna gegn þeim. Því stærri sem hringirnir eru því meiri breytileiki finnst í sykruprótínunum. Hringir fyrir tvær veirur (SARS-CoV-2 og ebóluveirurnar) eru mjög litlir (því lítill breytileiki er til staðar) og því stækkaðir hundraðfalt (100x). Litirnir tákna hveru vel bólefni gegn viðkomandi veirum virka (mælt í prósentum, blátt nálægt 100% vörn, grænleitt nær 50%). Gegn kórónuveirum eru engin samþykkt bóluefni (þegar þetta er skrifað í nóvember 2020) og þær því auðkenndar með rauðum lit. HCV stendur fyrir hepatitis C virus, sem er veira sem veldur lifrarbólgu af gerð C.

Bethany Dearlove og félagar leituðu einnig svara við spurningunni, er mögulegt að einhverjar af þessum „algengu“ breytingum tengist mun á virkni milli ólíkra gerða veirunnar? Veirur, eins og aðrir sýklar þróast og aðlagast hýslum sínum. Fyrstu mánuðina sem veiran breiddist út benti ekkert til að SARS-CoV-2 væri að þróast með manninum, en þessi rannsókn og aðrar nýlegar benda til hins gagnstæða. Fjallað verður um það síðar.

Samantekt.

  • Kórónuveiran sem veldur COVID-19 hefur mjög lítinn breytileika í erfðasamsetningu.
  • Fáar stökkbreytingar liggja til grundvallar muninum á svokölluðum stofnum veirunnar.
  • Nær óyggjandi er að bóluefni gegn einni gerð dugir á allar aðrar eða stofna veirunnar.

Tilvísanir:
  1. ^ Áður hefur verið fjallað um stökkbreytingar og rakningu smita með mynstri erfðabreytileikans á Vísindavefnum í svari við spurningunni Eru til tvö eða fleiri afbrigði af kórónuveirunni sem veldur COVID-19? (Sótt 7.12.2020).
  2. ^ Sérstaklega margar raðir í gagnabönkum voru frá Bretlandi, og því var tekið hlutmengi þeirra raða til að skekkja ekki myndina.
  3. ^ Stökkbreytingar eru handahófskenndar, og geta orðið tvær breytingar á sama stað í röðinni, bara vegna tilviljunar.
  4. ^ Breytingin leiðir til þess að glýsín kemur í stað aspartiksýru í sæti 614 í prótíninu (D614G).
  5. ^ Arnar Pálsson. (2020, 30. apríl). Ef ég mynda ónæmi fyrir einni útgáfu af COVID-19 hef ég þá nokkuð vörn fyrir öllum stökkbreyttu útgáfunum? Vísindavefurinn. (Sótt 7.12.2020).
  6. ^ Ástæðan er að SARS-veirur geta myndað prótín sem ver erfðaefni þeirra fyrir skemmdum. Fyrir þá sem hafa gaman af virkni prótína, þá kallast það nsp14 (e. nonstructural protein 14), fylgir fjölliðara veirunnar og fjarlægir rangt paraða basa. Sjá Eckerle ofl. 2010.
  7. ^ Vitað er að tvær aðrar hafa sýkt menn, sjá svar við spurningunni: Hvað eru til margar kórónuveirur sem sýkja menn og dugar ónæmi gegn einni þeirra fyrir hinum? (Sótt 8.12.2020).

Heimildir:

Mynd:
  • Mynd 1: Arnar Pálsson. Birt undir leyfinu CC BY-NC 2.0.
  • Mynd 2: Aðlöguð úr grein Jason W. Rausch og félaga 2020 í PNAS. Endurbirt með leyfinu BY NC ND.

Höfundur

Arnar Pálsson

erfðafræðingur og prófessor í lífupplýsingafræði við HÍ

Útgáfudagur

9.12.2020

Spyrjandi

Ari Hálfdanarson

Tilvísun

Arnar Pálsson. „Mun bóluefni við COVID-19 nokkuð virka á alla stofna veirunnar?“ Vísindavefurinn, 9. desember 2020. Sótt 18. janúar 2021. http://visindavefur.is/svar.php?id=80377.

Arnar Pálsson. (2020, 9. desember). Mun bóluefni við COVID-19 nokkuð virka á alla stofna veirunnar? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=80377

Arnar Pálsson. „Mun bóluefni við COVID-19 nokkuð virka á alla stofna veirunnar?“ Vísindavefurinn. 9. des. 2020. Vefsíða. 18. jan. 2021. <http://visindavefur.is/svar.php?id=80377>.

Chicago | APA | MLA

Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Mun bóluefni við COVID-19 nokkuð virka á alla stofna veirunnar?
Öll spurningin hljóðaði svona:

Góðan dag, er það ekki rétt að inflúensa er margir stofnar og bóluefni miðast við að koma í veg fyrir að fólk smitist af einhverjum tilteknum stofnum. Nú er talað um að það séu margir stofnar af COVID í gangi í heiminum, og fer fjölgandi með stökkbreytingum. Gildir ekki það sama hér um bóluefnið að ekki verður unnt að bólusetja við öllum stofnunum?

Frá því veiran SARS-CoV-2 uppgötvaðist snemma árs 2020 vöknuðu spurningar um hvort af henni væru ólíkir stofnar eða afbrigði. Stofnar eru aðskildir hópar innan tegunda en afbrigði eru stofnar sem sýna mun á virkni eða erfðasamsetningu, til dæmis eru til fjögur afbrigði bleikju í Þingvallavatni sem greina má á útliti og stærð.

Stökkbreytingar geta orðið þegar veirur fjölga sér og þar sem þær gera það kynlaust, safnast erfðabreytileiki upp í greinum ættartrés veirunnar.[1]

Mynd 1: Stökkbreytingar á erfðaefni veiru sem berst milli einstaklinga (gráir hringir) má nota til að rekja smitið. Ættartré veiranna endurspeglar smitsöguna. Myndin sýnir einfaldað tilfelli. Sýndir eru litningar 5 gerða af veiru, sem eru ólíkir vegna 7 stökkbreytinga (litaðar línur). Þessir litningar mynda þá fimm ólíkar setraðir (e. haplotypes) sem einnig má kalla afbrigði. Sumar stökkbreytingar eru eldri (og finnast í tveimur eða fleiri gerðum), en aðrar yngri og finnast bara í einni gerð.

Ef nægilega margar stökkbreytingar safnast upp er talað um stofna eða jafnvel afbrigði. Hérlendis er til dæmis rætt um grænu og bláu stofna veirunnar. Þetta byggir á mun á erfðamynstri, sambærilegt við greinarnar á 1. mynd. Þetta eru merkimiðar til aðgreiningar, en ekki vísbending um að veirurnar séu ólíkar í virkni. Ef stofnar verða hins vegar mjög ólíkir í erfðasamsetningu og hafa þar af leiðandi ólík áhrif á hýsla, eins og að smita misvel, fjölga sér ólíkt, valda ólíkum einkennum, þá má kalla þá ólík afbrigði. Þetta á til dæmis við um ólíka stofna inflúensu sem verða til á hverju ári og valda því að þróa þarf ný bóluefni reglulega.

Hvaða munur er á ólíkum stofnum veirunnar?

Nýleg rannsókn Bethany Dearlove og félaga sem birtist í tímariti Bandarísku vísindaakademíunnar PNAS sýnir að erfðabreytileiki innan veirunnar er frekar lítill. Köfum í mynstur breytileika í erfðaefni veirunnar til að skilja þetta betur.

Bethany og félagar unnu með heilraðgreind erfðamengi 18.514 veira, sem spanna sýni frá janúar til júní 2020, frá mörgum löndum og álfum.[2] Þau skoðuðu næstum allt erfðamengi veirunnar, það er að segja 29.409 basa af um 29.900 bösum. Þau tóku sérstaklega fyrir algengasta flokk frávika í erfðaefni, stakar basabreytingar, þar sem til dæmis basi A í stöðu 421 breyttist í G.

Þau spurðu hversu margar staðir í erfðamengi veirunnar eru breytilegir? Svarið er að 7.559 staðir af þessum 29.409 bösum hafa að minnsta kosti eina breytingu.[3]

Með hliðsjón af þessu mætti ætla að það væri mikill breytileiki í erfðamengi veirunnar. En fjöldi nýrra breytinga er bara hluti af sögunni. Meira máli skiptir hversu algengar þessar breytingar eru í stofni veirunnar. Til dæmis ef spurt er um eina tiltekna breytingu (C í stöðu 101 breytist í T), finnst hún í einu mengi, 10 eða 15.000? Þetta er spurning um tíðni. Er tíðni breytileikans lág (nálægt eða undir 1%) eða há (yfir 5% eða kannski nær 50%)?

Svarið er að næstum allar breytingarnar eru mjög sjaldgæfar. Einungis 11 af 7559 breytingum finnast í 5% eða fleiri erfðamengjum, og sjö eru yfir 10% tíðni. Tvær stökkbreytingar sem orðið hafa síðan veiran barst í menn, eru komnar yfir 50% tíðni í stofni veirunnar. Ein er breyting á C í T á basa 14.143 (sem breytir amínósýruröð gensins ORF1ab) og hin er skipti á A í G á basa 23.403. Sú síðarnefnda er sérlega forvitnileg því hún leiðir til skipta á amínósýru í bindiprótíni (e. spike protein) veirunnar.[4] Bindiprótín eru kórónuveirum mikilvæg, því þau tengjast frumum og gera veirunum kleift að ráðast inn í þær. Þau eru oft sykruð, eins og önnur prótín sem veirur nota til að ljúka upp frumum eða sneiða hjá ónæmiskerfum.

Meginniðurstaðan er sú að mismunandi SARS-CoV-2-veirur eru mjög svipaðar, og næsta víst að bóluefni gegn einni gerð muni virka gegn annarri. Af sömu ástæðum eru allar líkur á því að sá sem smitast af einni gerð SARS-CoV-2, sé einnig með ónæmi gagnvart öðrum gerðum veirunnar, en um það má lesa meira í svari við spurningunni Ef ég mynda ónæmi fyrir einni útgáfu af COVID-19 hef ég þá nokkuð vörn fyrir öllum stökkbreyttu útgáfunum?

Hví er svo litill erfðabreytileiki í veirunni? Tvær líffræðilegar ástæður skipta mestu. Önnur er hreinsandi val, náttúrulegur kraftur sem fjarlægir flestar stökkbreytingar vegna þess að þær draga úr hæfni veiranna sem bera þær.[5] Hin er lág stökkbreytitíðni meðal SARS-CoV-2 og skyldra veira. Stökkbreytitíðni þessara veira er því 10 sinnum lægri en annara RNA-veira.[6]

Önnur nýleg rannsókn sýnir einmitt að erfðabreytileiki í sykruprótíni SARS-CoV-2 er um það bil 100 sinnum minni en hjá öðrum veirum sem valda óskunda meðal manna eins og HIV, mislinga- og inflúensuveirum (2. mynd). Af þeim fimm kórónuveirum sem sýkja menn að staðaldri,[7] hefur SARS-CoV-2 minnsta breytileikann. Og breytileikinn í kórónaveirunum er margfalt minni en það sem finnst meðal til dæmis mislinga og inflúensuveira.

Mynd 2: Erfðabreytileiki í sykruprótínum ólíkra veira og mat á virkni bóluefna gegn þeim. Því stærri sem hringirnir eru því meiri breytileiki finnst í sykruprótínunum. Hringir fyrir tvær veirur (SARS-CoV-2 og ebóluveirurnar) eru mjög litlir (því lítill breytileiki er til staðar) og því stækkaðir hundraðfalt (100x). Litirnir tákna hveru vel bólefni gegn viðkomandi veirum virka (mælt í prósentum, blátt nálægt 100% vörn, grænleitt nær 50%). Gegn kórónuveirum eru engin samþykkt bóluefni (þegar þetta er skrifað í nóvember 2020) og þær því auðkenndar með rauðum lit. HCV stendur fyrir hepatitis C virus, sem er veira sem veldur lifrarbólgu af gerð C.

Bethany Dearlove og félagar leituðu einnig svara við spurningunni, er mögulegt að einhverjar af þessum „algengu“ breytingum tengist mun á virkni milli ólíkra gerða veirunnar? Veirur, eins og aðrir sýklar þróast og aðlagast hýslum sínum. Fyrstu mánuðina sem veiran breiddist út benti ekkert til að SARS-CoV-2 væri að þróast með manninum, en þessi rannsókn og aðrar nýlegar benda til hins gagnstæða. Fjallað verður um það síðar.

Samantekt.

  • Kórónuveiran sem veldur COVID-19 hefur mjög lítinn breytileika í erfðasamsetningu.
  • Fáar stökkbreytingar liggja til grundvallar muninum á svokölluðum stofnum veirunnar.
  • Nær óyggjandi er að bóluefni gegn einni gerð dugir á allar aðrar eða stofna veirunnar.

Tilvísanir:
  1. ^ Áður hefur verið fjallað um stökkbreytingar og rakningu smita með mynstri erfðabreytileikans á Vísindavefnum í svari við spurningunni Eru til tvö eða fleiri afbrigði af kórónuveirunni sem veldur COVID-19? (Sótt 7.12.2020).
  2. ^ Sérstaklega margar raðir í gagnabönkum voru frá Bretlandi, og því var tekið hlutmengi þeirra raða til að skekkja ekki myndina.
  3. ^ Stökkbreytingar eru handahófskenndar, og geta orðið tvær breytingar á sama stað í röðinni, bara vegna tilviljunar.
  4. ^ Breytingin leiðir til þess að glýsín kemur í stað aspartiksýru í sæti 614 í prótíninu (D614G).
  5. ^ Arnar Pálsson. (2020, 30. apríl). Ef ég mynda ónæmi fyrir einni útgáfu af COVID-19 hef ég þá nokkuð vörn fyrir öllum stökkbreyttu útgáfunum? Vísindavefurinn. (Sótt 7.12.2020).
  6. ^ Ástæðan er að SARS-veirur geta myndað prótín sem ver erfðaefni þeirra fyrir skemmdum. Fyrir þá sem hafa gaman af virkni prótína, þá kallast það nsp14 (e. nonstructural protein 14), fylgir fjölliðara veirunnar og fjarlægir rangt paraða basa. Sjá Eckerle ofl. 2010.
  7. ^ Vitað er að tvær aðrar hafa sýkt menn, sjá svar við spurningunni: Hvað eru til margar kórónuveirur sem sýkja menn og dugar ónæmi gegn einni þeirra fyrir hinum? (Sótt 8.12.2020).

Heimildir:

Mynd:
  • Mynd 1: Arnar Pálsson. Birt undir leyfinu CC BY-NC 2.0.
  • Mynd 2: Aðlöguð úr grein Jason W. Rausch og félaga 2020 í PNAS. Endurbirt með leyfinu BY NC ND.
...