Sólin Sólin Rís 06:59 • sest 19:42 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 20:20 • Sest 02:04 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 04:40 • Síðdegis: 17:03 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 10:48 • Síðdegis: 23:22 í Reykjavík
COVID-19 borði í flokk

Hvernig mun veiran sem veldur COVID-19 þróast?

Arnar Pálsson

Veirur eru breytilegar. Munur er á gerðum, að hluta til vegna erfða, og þær fjölga sér misjafnlega hratt. Af því leiðir að veirur munu þróast vegna náttúrulegs vals. Ef samkeppni er milli veiruagna, sem hlýtur óhjákvæmilega að vera því fjölgunargetan er gríðarlega mikil, þá munu þær aðlagast og öðlast eiginleika sem gera þær betri í að fjölga sér og starfa.

Með öðrum orðum, veirur lúta lögmálum þróunar eins og aðrar lífverur. Best er að líta á þróun veira frá þeirra sjónarhorni og spyrja: Hvað er gott fyrir tiltekna gerð af veiru? Höfum í huga að aðeins lítill minnihluti stökkbreytinga getur breytt veirunni og gert hana betri í „lífsbaráttunni“.[1]

Margvíslegar breytingar geta gert veirur betri

Hæfni lífvera er samsett úr mörgum þáttum. Það á einnig við um einföld form eins og veirur. Erfðabreytileiki getur haft áhrif á marga eiginleika veira. Til að mynda, kemst veira betur inn í frumur, kemst hún inn í fleiri gerðir fruma, fjölgar hún sér hraðar, nær hún hærri þéttni í líkömum hýsla, smitast hún greiðlegar milli fólks, lifir hún lengur utan líkamans (á yfirborði eða í úða) eða nær hún að sleppa undan hinum fjölbreyttu vörnum ónæmiskerfisins?

Almennt munu stofnar þróast í átt að meiri hæfni. Öruggt er að veiran sem veldur COVID-19 er ekki fullkomlega aðlöguð manninum sem hýsli. Það þýðir að veirustofninn var í upphafi faraldurs í svonefndum hæfni-dal, í því sem kallað hefur verið landslag aðlögunar (1. mynd). Einfaldast er skoða þetta með tilliti til eins eiginleika, til dæmis smithæfni. Stofninn er þá með tiltölulega lága smithæfni í upphafi, en mun að endingu þróast að bestu smithæfni. Þá er hann kominn upp á topp á landslagi aðlögunar.

Mynd 1: Tegundir eða gerðir geta verið misvel aðlagaðir umhverfi sínu. Tökum dæmi um stofn veirunnar í upphafi faraldursins (rauður díll) sem lá í dal milli hæfnistoppa A og B. Það fer eftir breytileika í hópnum, áhrifum náttúrulegs vals og tilviljunar hvort stofninn leiti á topp A eða B. Afar ólíklegt er að stofn fari frá dalnum yfir á topp C, því ef hann komst á topp B heldur valið honum þar (hann kemst ekki yfir dalinn því það þýðir að hæfni stofnsins verður að minnka.)

Myndin hér að ofan er einföldun því landslag aðlögunar er í mjög mörgum víddum. Næst ræðum við hæfnilandslag veirunnar sem tvívítt landakort - fyrir tvo eiginleika, smithæfni og alvarleika sýkingar. Fyrst skilgreinum við núllpunkt, sem er smithæfni og alvarleiki SARS-CoV-2 þegar hún barst inn í menn í lok árs 2019. Í upphafi faraldursins voru veirurnar allar næstum eins, og lítill munur á smithæfni eða alvarleika sjúkdóms (2. mynd A hér fyrir neðan).[2]

Smithæfni getur aukist eða minnkað, og alvarleiki sýkingar getur einnig aukist eða minnkað. Þróun þarfnast breytileika og stökkbreytingar munu hlaðast upp svo lengi sem veiran nær að fjölga sér og berast manna á milli. Líklegast er að stökkbreytingar skerði hæfni, sjá gult ský á 2. mynd B. Einhverjar munu samt auka til dæmis smithæfni (grænt ský á sömu mynd).

Margar þróunarbrautir um landslag aðlögunar

Breytileiki er ekki nægur, samkeppni milli einstaklinga (veiruagna) mun leiða til aðlögunar stofnsins. Samkvæmt þessu einfalda líkani eru átta þróunarbrautir opnar fyrir veiruna (mynd 2 C). Fjórar þeirra eru taldar upp hér:

  1. Aukin smithæfni, en engin breyting á alvarleika einkenna (blá ör) – líklegt.
  2. Aukin smithæfni, aukin alvarleiki einkenna (rauð ör) – ólíklegt.
  3. Aukin smithæfni, vægari einkenni (gul ör) – líklegt.
  4. Minni smithæfni og óbreyttur alvarleiki einkenna (græn ör)– mjög ólíklegt.

Athugið að á myndinni eru þróunarbrautirnar teiknaðar sem beina línur, en það er einföldum. Það fer eftir hæfnilandslaginu hversu beinar eða kræklóttar þróunarbrautirnar eru.

2. mynd: Líkön um þróun tveggja eiginleika veirustofns, smithæfni og eiginleika sem hafa áhrif á alvarleika einkenna. A. Upphafsstaða veirustofns rétt eftir að hann hefur „numið land“ í nýjum hýsli. Stofninn er staddur í miðju grafsins, táknaður með bláum hring. Smæð hringsins á að tákna að lítill breytileiki sé í stofninum, hvað varðar þessa tvo eiginleika. B. Stökkbreytingar sem safnast upp í stofninum munu opna honum leiðir með breytingum í smithæfni eða alvarleika einkenna. Ef áhrif stökkbreytinga eru jöfn, mætti búast við stærri bláum hring. En mynstur erfðabreytileikans geta verið ólík, skaðlegar breytingar eru táknaðar með gulu skýi (minnka smithæfni og líka alvarleika sjúkdóms – til dæmis með því að veiran getur ekki sýkt jafn margar gerðir fruma). Á meðan aðrar auka smithæfni (grænt ský). C. Fjórar mögulegar þróunarbrautir stofna. Stofnar þróast frá upphafspunkti í átt að öðru ástandi. Sjá texta fyrir nánari lýsingu. D. Líklegasta útkoma fyrir flesta veirustofna, að smithæfni aukist á meðan dregur úr alvarleika einkenna. Einnig að erfðabreytileiki innan stofnsins vaxi samfara útbreiðslu hans.

Ástæðan fyrir því að breytingar í átt að verri einkennum eru ólíklegar, er sú að sjaldgæft er að það sé veirum í hag að drepa hýslana (okkur) hraðar og betur. Ef hýsill veikist hratt og deyr minnkar það möguleika veirunnar á að berast áfram. Slíkt er ekki ákjósanlegt og því þróast fáar veirur í þá átt. Sennilegast er að þær þróist í þá átt að smitast betur, og að alvarleiki einkenna dvíni þegar frá dregur. Ef veira breiðist út, mun erfðabreytileiki vaxa í stofninum (táknað með misstórum hringjum á 2. mynd D).

Að síðustu, hér voru bara ræddar tvær víddir fyrir hæfni veirunnar. Aðrar þróunarbrautir sem veirum standa til boða eru viðbrögð þeirra við vörnum ónæmiskerfisins. Margar veirur hafa þróað andsvar við ólíkum þáttum ónæmiskerfisins, og sumar spila jafnvel á þær sér í hag.

Erfitt er að spá fyrir um þróun stofna í framtíðinni, því samspil erfðabreytileika, innri og ytri aðstæðna er gríðarlega flókið. Hinar fjórar kórónuveirurnar sem sýkja fólk að jafnaði, 229E, OC43, HKU1 og NL63 valda allar mildum einkennum en smitast frekar greiðlega.

Því er líklegast að SARS-CoV-2 muni þróast í átt að vægari gerð sem smitast greiðar en núverandi afbrigði. Vísbendingar eru um að breska afbrigðið af veirunni smitist einmitt greiðar, og mögulega einnig annað afbrigði frá Suður-Afríku.[3] Aukin fjölgunargeta eða smithæfni eru nógu alvarleg einkenni í sjálfu sér, því þótt dánartíðni sé svipuð ná slíkar gerðir að sýkja fleiri einstaklinga og mögulega smjúga í gegnum sóttvarnir sem virkuðu á upprunalega afbrigðið. Óskandi er að mannkyninu takist að útrýma veirunni sem veldur COVID-19 með samhæfðu bólusetningarátaki um veröld alla eins og gert var fyrir veiruna sem olli stóru bólu.[4]

Samantekt:

  • Veiran sem veldur COVID-19 mun þróast.
  • Hæfni veira byggir á mörgum ólíkum eiginleikum.
  • Því standa mjög margar þróunarbrautir veirum til boða.
  • Líklegast er - en ekki öruggt - að veiran sem veldur COVID-19 muni þróast í átt að aukinni smithæfni og vægari einkennum.

Tilvísanir:
  1. ^ Mikill meirihluti stökkbreytinga er skaðlegur og minnkar hæfni veira, á meðan tiltekinn hluti stökkbreytinga er hlutlaus og hefur ekki áhrif á hæfni þeirra. Sjá meira um það í svari við spurningunni Hvort er líklegra að veiran sem veldur COVID-19 verði hættulegri eða hættuminni fyrir menn vegna stökkbreytinga?
  2. ^ Frá sjónarhorni veirunnar að minnsta kosti, sjá svör um þætti, aldur, kyn og erfðaþætti sem hafa áhrif á dánartíðni, til dæmis: Er eitthvað til í því að gen frá neanderdalsmönnum valdi verri COVID-19-sjúkdómi? (Sótt 4.01.2021).
  3. ^ Scientists appeal for calm over new Covid variant in South Africa. (Sótt 5.01.2021).
  4. ^ Sjá nánar hér: History of Smallpox - Smallpox - CDC. (Sótt 5.01.2021).

Heimildir:

Myndir:

Spurningu Sigurlaugar er hér svarað að hluta.

Höfundur

Arnar Pálsson

erfðafræðingur og prófessor í lífupplýsingafræði við HÍ

Útgáfudagur

7.1.2021

Spyrjandi

Sigurlaug Jónsdóttir

Tilvísun

Arnar Pálsson. „Hvernig mun veiran sem veldur COVID-19 þróast? “ Vísindavefurinn, 7. janúar 2021. Sótt 18. september 2021. http://visindavefur.is/svar.php?id=80879.

Arnar Pálsson. (2021, 7. janúar). Hvernig mun veiran sem veldur COVID-19 þróast? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=80879

Arnar Pálsson. „Hvernig mun veiran sem veldur COVID-19 þróast? “ Vísindavefurinn. 7. jan. 2021. Vefsíða. 18. sep. 2021. <http://visindavefur.is/svar.php?id=80879>.

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

=

Hvernig mun veiran sem veldur COVID-19 þróast?
Veirur eru breytilegar. Munur er á gerðum, að hluta til vegna erfða, og þær fjölga sér misjafnlega hratt. Af því leiðir að veirur munu þróast vegna náttúrulegs vals. Ef samkeppni er milli veiruagna, sem hlýtur óhjákvæmilega að vera því fjölgunargetan er gríðarlega mikil, þá munu þær aðlagast og öðlast eiginleika sem gera þær betri í að fjölga sér og starfa.

Með öðrum orðum, veirur lúta lögmálum þróunar eins og aðrar lífverur. Best er að líta á þróun veira frá þeirra sjónarhorni og spyrja: Hvað er gott fyrir tiltekna gerð af veiru? Höfum í huga að aðeins lítill minnihluti stökkbreytinga getur breytt veirunni og gert hana betri í „lífsbaráttunni“.[1]

Margvíslegar breytingar geta gert veirur betri

Hæfni lífvera er samsett úr mörgum þáttum. Það á einnig við um einföld form eins og veirur. Erfðabreytileiki getur haft áhrif á marga eiginleika veira. Til að mynda, kemst veira betur inn í frumur, kemst hún inn í fleiri gerðir fruma, fjölgar hún sér hraðar, nær hún hærri þéttni í líkömum hýsla, smitast hún greiðlegar milli fólks, lifir hún lengur utan líkamans (á yfirborði eða í úða) eða nær hún að sleppa undan hinum fjölbreyttu vörnum ónæmiskerfisins?

Almennt munu stofnar þróast í átt að meiri hæfni. Öruggt er að veiran sem veldur COVID-19 er ekki fullkomlega aðlöguð manninum sem hýsli. Það þýðir að veirustofninn var í upphafi faraldurs í svonefndum hæfni-dal, í því sem kallað hefur verið landslag aðlögunar (1. mynd). Einfaldast er skoða þetta með tilliti til eins eiginleika, til dæmis smithæfni. Stofninn er þá með tiltölulega lága smithæfni í upphafi, en mun að endingu þróast að bestu smithæfni. Þá er hann kominn upp á topp á landslagi aðlögunar.

Mynd 1: Tegundir eða gerðir geta verið misvel aðlagaðir umhverfi sínu. Tökum dæmi um stofn veirunnar í upphafi faraldursins (rauður díll) sem lá í dal milli hæfnistoppa A og B. Það fer eftir breytileika í hópnum, áhrifum náttúrulegs vals og tilviljunar hvort stofninn leiti á topp A eða B. Afar ólíklegt er að stofn fari frá dalnum yfir á topp C, því ef hann komst á topp B heldur valið honum þar (hann kemst ekki yfir dalinn því það þýðir að hæfni stofnsins verður að minnka.)

Myndin hér að ofan er einföldun því landslag aðlögunar er í mjög mörgum víddum. Næst ræðum við hæfnilandslag veirunnar sem tvívítt landakort - fyrir tvo eiginleika, smithæfni og alvarleika sýkingar. Fyrst skilgreinum við núllpunkt, sem er smithæfni og alvarleiki SARS-CoV-2 þegar hún barst inn í menn í lok árs 2019. Í upphafi faraldursins voru veirurnar allar næstum eins, og lítill munur á smithæfni eða alvarleika sjúkdóms (2. mynd A hér fyrir neðan).[2]

Smithæfni getur aukist eða minnkað, og alvarleiki sýkingar getur einnig aukist eða minnkað. Þróun þarfnast breytileika og stökkbreytingar munu hlaðast upp svo lengi sem veiran nær að fjölga sér og berast manna á milli. Líklegast er að stökkbreytingar skerði hæfni, sjá gult ský á 2. mynd B. Einhverjar munu samt auka til dæmis smithæfni (grænt ský á sömu mynd).

Margar þróunarbrautir um landslag aðlögunar

Breytileiki er ekki nægur, samkeppni milli einstaklinga (veiruagna) mun leiða til aðlögunar stofnsins. Samkvæmt þessu einfalda líkani eru átta þróunarbrautir opnar fyrir veiruna (mynd 2 C). Fjórar þeirra eru taldar upp hér:

  1. Aukin smithæfni, en engin breyting á alvarleika einkenna (blá ör) – líklegt.
  2. Aukin smithæfni, aukin alvarleiki einkenna (rauð ör) – ólíklegt.
  3. Aukin smithæfni, vægari einkenni (gul ör) – líklegt.
  4. Minni smithæfni og óbreyttur alvarleiki einkenna (græn ör)– mjög ólíklegt.

Athugið að á myndinni eru þróunarbrautirnar teiknaðar sem beina línur, en það er einföldum. Það fer eftir hæfnilandslaginu hversu beinar eða kræklóttar þróunarbrautirnar eru.

2. mynd: Líkön um þróun tveggja eiginleika veirustofns, smithæfni og eiginleika sem hafa áhrif á alvarleika einkenna. A. Upphafsstaða veirustofns rétt eftir að hann hefur „numið land“ í nýjum hýsli. Stofninn er staddur í miðju grafsins, táknaður með bláum hring. Smæð hringsins á að tákna að lítill breytileiki sé í stofninum, hvað varðar þessa tvo eiginleika. B. Stökkbreytingar sem safnast upp í stofninum munu opna honum leiðir með breytingum í smithæfni eða alvarleika einkenna. Ef áhrif stökkbreytinga eru jöfn, mætti búast við stærri bláum hring. En mynstur erfðabreytileikans geta verið ólík, skaðlegar breytingar eru táknaðar með gulu skýi (minnka smithæfni og líka alvarleika sjúkdóms – til dæmis með því að veiran getur ekki sýkt jafn margar gerðir fruma). Á meðan aðrar auka smithæfni (grænt ský). C. Fjórar mögulegar þróunarbrautir stofna. Stofnar þróast frá upphafspunkti í átt að öðru ástandi. Sjá texta fyrir nánari lýsingu. D. Líklegasta útkoma fyrir flesta veirustofna, að smithæfni aukist á meðan dregur úr alvarleika einkenna. Einnig að erfðabreytileiki innan stofnsins vaxi samfara útbreiðslu hans.

Ástæðan fyrir því að breytingar í átt að verri einkennum eru ólíklegar, er sú að sjaldgæft er að það sé veirum í hag að drepa hýslana (okkur) hraðar og betur. Ef hýsill veikist hratt og deyr minnkar það möguleika veirunnar á að berast áfram. Slíkt er ekki ákjósanlegt og því þróast fáar veirur í þá átt. Sennilegast er að þær þróist í þá átt að smitast betur, og að alvarleiki einkenna dvíni þegar frá dregur. Ef veira breiðist út, mun erfðabreytileiki vaxa í stofninum (táknað með misstórum hringjum á 2. mynd D).

Að síðustu, hér voru bara ræddar tvær víddir fyrir hæfni veirunnar. Aðrar þróunarbrautir sem veirum standa til boða eru viðbrögð þeirra við vörnum ónæmiskerfisins. Margar veirur hafa þróað andsvar við ólíkum þáttum ónæmiskerfisins, og sumar spila jafnvel á þær sér í hag.

Erfitt er að spá fyrir um þróun stofna í framtíðinni, því samspil erfðabreytileika, innri og ytri aðstæðna er gríðarlega flókið. Hinar fjórar kórónuveirurnar sem sýkja fólk að jafnaði, 229E, OC43, HKU1 og NL63 valda allar mildum einkennum en smitast frekar greiðlega.

Því er líklegast að SARS-CoV-2 muni þróast í átt að vægari gerð sem smitast greiðar en núverandi afbrigði. Vísbendingar eru um að breska afbrigðið af veirunni smitist einmitt greiðar, og mögulega einnig annað afbrigði frá Suður-Afríku.[3] Aukin fjölgunargeta eða smithæfni eru nógu alvarleg einkenni í sjálfu sér, því þótt dánartíðni sé svipuð ná slíkar gerðir að sýkja fleiri einstaklinga og mögulega smjúga í gegnum sóttvarnir sem virkuðu á upprunalega afbrigðið. Óskandi er að mannkyninu takist að útrýma veirunni sem veldur COVID-19 með samhæfðu bólusetningarátaki um veröld alla eins og gert var fyrir veiruna sem olli stóru bólu.[4]

Samantekt:

  • Veiran sem veldur COVID-19 mun þróast.
  • Hæfni veira byggir á mörgum ólíkum eiginleikum.
  • Því standa mjög margar þróunarbrautir veirum til boða.
  • Líklegast er - en ekki öruggt - að veiran sem veldur COVID-19 muni þróast í átt að aukinni smithæfni og vægari einkennum.

Tilvísanir:
  1. ^ Mikill meirihluti stökkbreytinga er skaðlegur og minnkar hæfni veira, á meðan tiltekinn hluti stökkbreytinga er hlutlaus og hefur ekki áhrif á hæfni þeirra. Sjá meira um það í svari við spurningunni Hvort er líklegra að veiran sem veldur COVID-19 verði hættulegri eða hættuminni fyrir menn vegna stökkbreytinga?
  2. ^ Frá sjónarhorni veirunnar að minnsta kosti, sjá svör um þætti, aldur, kyn og erfðaþætti sem hafa áhrif á dánartíðni, til dæmis: Er eitthvað til í því að gen frá neanderdalsmönnum valdi verri COVID-19-sjúkdómi? (Sótt 4.01.2021).
  3. ^ Scientists appeal for calm over new Covid variant in South Africa. (Sótt 5.01.2021).
  4. ^ Sjá nánar hér: History of Smallpox - Smallpox - CDC. (Sótt 5.01.2021).

Heimildir:

Myndir:

Spurningu Sigurlaugar er hér svarað að hluta....