Variantele SARS-CoV-2 și impactul asupra testelor de diagnostic

Articol preluat de pe website-ul Beckman Coulter, aparținând lui Jean-Sebastien Blanchet - Director Global Medical and Scientific Affairs Beckman Coulter.

Ca toate celelalte retrovirusuri, precum HIV, coronavirusul SARS-CoV-2 evoluează încontinuu prin acumularea de mutații în genomul său. Acest mecanism, care mărește diversitatea genomului viral, este esențial în procesul de selecție naturală care va face coronavirusul mai adaptat la gazda sa umană.

O mutație corespunde unei modificări a secvenței genomului ARN, creând o variantă a virusului. Nu toate mutațiile virusului se vor traduce printr-o modificare în secvența de aminoacizi a proteinei corespondente. În acest caz, este vorba despre o mutație "tăcută" fără nicio modificare în fenotipul virusului. Unele mutații ARN vor duce la o modificare a secvenței proteice cu o substituire a aminoacizilor care ar putea afecta fenotipul variantelor virale. O variantă de virus cu o modificare a fenotipului în termeni de infecțiozitate, antigenicitate, transmisibilitate sau virulență devine o nouă tulpină. Numai tulpinile cu un nou fenotip care conferă un avantaj pozitiv virusului vor fi conservate prin procesul de selecție naturală i.

Recent, au apărut mai multe tulpini noi ale coronavirusului SARS-CoV-2 și au fost documentate la nivel global ii. Aceste variante sunt de o importanță deosebită, deoarece unele dintre mutațiile raportate vizează domeniul de legare la receptor (RBD) al proteinei spike. Domeniul de legare la receptor (RBD) al proteinei spike este critic pentru pătrunderea virusului în celulele umane prin receptorul său, enzima de conversie a angiotensinei 2 (ACE2) și anticorpi împotriva proteinei spike joacă un rol esențial în neutralizarea virionilor. Aceste variante noi ale SARS-CoV-2 care pot scăpa de răspunsul imun la virus ar putea afecta pacienții, testele de diagnostic și vaccinurile iii.

 

Ce sunt noile tulpini?

Mai multe tulpini ale virusului SARS-CoV-2 circulă la nivel global, dar trei tulpini specifice rețin atenția cercetătorilor și a autorităților din domeniul sănătății.

  1. O variantă numită B.1.1.7 a fost identificată în Marea Britanie, care pare să se răspândească mai eficient decât alte variații ale virusului. Această variantă poartă o mutație în RBD al proteinei spike. Varianta B.1.1.7 s-a răspândit rapid în cel puțin 50 de țări și s-au înregistrat aproximativ 300 de cazuri în 28 de state din Statele Unite i.
  2. O altă variantă, numită B.1.351, a apărut în Africa de Sud și poate fi găsită acum în peste 30 de țări. Identificată pentru prima dată în octombrie 2020, împărtășește unele mutații cu B.1.1.7. ii Mutațiile B.1.351 afectează domeniul de legare la receptor (RBD), partea proteinei spike responsabilă de atașarea la celule.
  3. Linia P.1 a fost identificată în Japonia și se crede că ar fi provenit din Brazilia. CDC consideră că această variantă „ridică preocupări cu privire la o potențială creștere a transmisibilității sau predispoziției pentru reinfectarea cu SARS-CoV-2” iii.

De ce sunt importante aceste variante?

Varianta B1.1.7 a fost identificată inițial din cauza eșecului validarii genei S într-un test molecular specific. Acest eșec al testului este legat de o scurtă suprimare prezentă în gena S, care împiedică legarea de sonda moleculara și nu reușește să detecteze molecula de ARN. Cercetătorii au folosit această caracteristică pentru a urmări răspândirea acestei variante în Marea Britanie, unde a apărut. Analiza a arătat clar o răspândire rapidă a noii variante la populație, demonstrând o creștere a transmiterii estimată la aproximativ 56% ixx. Încărcătura virală mai mare a acestei variante observată la persoanele infectate este probabil să fi contribuit, de asemenea, la un grad de  infectare mai mare xx. Secvențierea ulterioară a variantei B.1.1.7 a arătat o mutație în RBD al proteinei spike (N501Y), care ar putea contribui la transmiterea crescută a variantei prin creșterea legării proteinei spike la ACE2, facilitând pătrunderea virusului în celulele umane xxi.

Variantele B.1.351 identificate inițial în Africa de Sud poartă, de asemenea, mutația N501Y, dar au și două mutații suplimentare (E484K și K417N) în RBD a proteinei spike. Mutația E484K apare într-o regiune a RBD în epitopii mai multor anticorpi monoclonali neutralizanți xxi. Studiile au demonstrat că unii anticorpi monoclonali neutralizanți, dar nu toți, nu au reușit să se lege de proteina spike care poartă E484K (Weisblum). Alți autori au arătat că răspunsul policlonal poate fi, de asemenea, afectat, iar serurile convalescente de la persoane infectate cu SARS-CoV-2 de tip sălbatic au scăzut activitatea de neutralizare împotriva variantelor B.1.351 (Greaney). Mutația E484K reduce puterea de neutralizare a unor seruri convalescente de peste 10 ori (Greaney). Nu toate serurile convalescente sunt afectate. Unii pacienți infectați cu tipul sălbatic SARS-COV-2 au dezvoltat un răspuns imun pe deplin capabil să neutralizeze varianta B.1.351 (Greaney).

Noile variante ar putea avea consecințe grave, cum ar fi transmisibilitatea virală potențial crescută, severitatea simptomelor, o detectare redusă cu testele de diagnostic și serologice și eficacitatea vaccinului. Oamenii de știință urmăresc cu atenție toate mutațiile virale pe măsură ce ne confruntăm cu o creștere a cazurilor și a îngrijorărilor potrivit cărora noile variante pot fi rezistente la vaccin.

Cum afectează aceste variante vaccinurile?

Primele cercetări sugerează că vaccinurile Pfizer-BioNTech și Moderna COVID-19 pot proteja împotriva variantelor din Marea Britanie și Africa de Sud. Activitatea de neutralizare a serului de la o persoană vaccinată este menținută în totalitate împotriva variantei B.1.1.7 și ușor redusă față de varianta B.1.351 xii, xiii, xiv. Producătorii de vaccinuri creează în prezent o nouă versiune a vaccinului lor care va include mutații specifice pentru a îmbunătăți protecția împotriva variantelor iv.

Cum afectează aceste variante testele de diagnostic antigen?

Majoritatea (90,1%) testelor rapide antigen cu EUA detectează proteina nucleocapsidă. Mutațiile din nucleocapsidă ale variantelor emergente sunt minime și nu sunt conservate pe tulpini. Prin urmare, testele antigen nu ar trebui să fie afectate de tulpinile menționate anterior v.

Cum afectează aceste variante testele serologice?

Diverse teste serologice vizează diferite proteine. Testele de serologie Beckman Coulter testează anticorpii țintă împotriva proteinei spike, deoarece aceștia sunt suspectați că ar conferi imunitate.

Pe baza studiilor publicate, este probabil ca anticorpii produși împotriva B.1.1.7 (sau cel puțin o mare parte din aceștia) să fie detectați prin teste serologice folosind proteina de tip sălbatic spike vii. Prin urmare, este probabil ca analizele serologice actuale să detecteze anticorpii crescuți împotriva variantelor B.1.1.7. Mutațiile viii variantei B.1.351, în special E484K și K417N pot afecta legarea anticorpilor neutralizanți și a serurilor convalescente ale pacienților infectați anterior cu tulpina de tip sălbatic a virusului ix. Este posibil (dar nu s-a demonstrat încă) ca recunoașterea antigenului spike de tip sălbatic utilizat în testele serologice actuale de către anticorpii împotriva variantei B.1.351 să fie afectată.

Pentru a evalua în continuare impactul acestor variante, Beckman Coulter intenționează să efectueze un studiu pentru a demonstra că serurile de la pacienții infectați cu variantele B.1.351 rămân detectabile în testele produse de acesta. Aceste date vor fi făcute publice pe website-ul Beckman Coulter imediat ce vor fi disponibile.

 

Surse utilizate:

  1. https://www.cnn.com/2021/01/28/health/variants-coronavirus-new-popping/index.html [Accessed: February 12, 2021]
  2. https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/transmission/variant.html [Accessed: February 12, 2021]
  3. https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/more/science-and-research/scientific-brief-emerging-variants.html [Accessed: February 12, 2021]
  4. https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/coronavirus/expert-answers/covid-variant/faq-20505779 {Accessed: February 12, 2021}
  5. West R, Gronvall G & Kobokovich A. Variants, Vaccines and What They Mean For COVID-19 Testing. John Hopkins Bloomverg School of Public Health. https://www.jhsph.edu/covid-19/articles/variants-vaccines-and-what-they-... [Accessed: February 12, 2021]
  6. Cheng, et al. Structural Bioinformatics Impact of South African 501.V2 Variant on SARS-CoV-2 Spike Infectivity and Neutralization: A Structure-based Computational Assessment. https://doi.org/10.1101/2021.01.10.426143
  7. Korber, B, et al. on behalf of the Sheffield COVID-19 Genomics Group. Tracking changes inSARS-CoV-2 Spike: evidence that D614G increases infectivity of the COVID-19 virus, Cell (2020), doi:https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.06.043.
  8. Tegally et al. Emergence and rapid spread of a new severe acute respiratory syndrome-related coronavirus 2 (SARS-CoV-2) lineage with multiple spike mutations in South Africa. https://doi.org/10.1101/2020.12.21.20248640
  9. Xie et al; Neutralization of N501Y mutant SARS-CoV-2 by BNT162b2 vaccine-elicited sera. https://doi.org/10.1101/2021.01.07.425740
  10. Kemp et al. Recurrent emergence and transmission of a SARS-CoV-2 Spike deletion H69/V70. https://doi.org/10.1101/2020.12.14.422555
  11. Leung et al. https://www.eurosurveillance.org/content/10.2807/1560-7917.ES.2020.26.1.2002106
  12. Kidd et al. medRxiv 2021 medRxiv https://doi.org/10.1101/2020.12.24.20248834
  13. Cheng et al. Structural Bioinformatics https://doi.org/10.1101/2021.01.10.426143
  14. Wu et al. bioRxiv Jan 2021 doi: https://doi.org/10.1101/2021.01.25.427948
  15. Muik et al. bioRxiv 2021 doi: https://doi.org/10.1101/2021.01.18.426984
  16. Liu et al. NEJM 2021 DOI: 10.1056/NEJMc2102017
  17. Weisblum et al. eLife 2021 https://doi.org/10.7554/eLife.61312
  18. Greaney et al. bioRxiv 2021 bioRxiv https://doi.org/10.1101/2020.12.31.425021