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

Articol preluat de pe website-ul Beckman Coulter, aparÈ›inând 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 mutaÈ›ii în genomul său. Acest mecanism, care măreÈ™te diversitatea genomului viral, este esenÈ›ial în procesul de selecÈ›ie naturală care va face coronavirusul mai adaptat la gazda sa umană.

O mutaÈ›ie corespunde unei modificări a secvenÈ›ei genomului ARN, creând o variantă a virusului. Nu toate mutaÈ›iile virusului se vor traduce printr-o modificare în secvenÈ›a de aminoacizi a proteinei corespondente. În acest caz, este vorba despre o mutaÈ›ie "tăcută" fără nicio modificare în fenotipul virusului. Unele mutaÈ›ii ARN vor duce la o modificare a secvenÈ›ei 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 infecÈ›iozitate, 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 selecÈ›ie naturală ⁱ.

Recent, au apărut mai multe tulpini noi ale coronavirusului SARS-CoV-2 È™i au fost documentate la nivel global ⁱⁱ. Aceste variante sunt de o importanță deosebită, deoarece unele dintre mutaÈ›iile 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) È™i anticorpi împotriva proteinei spike joacă un rol esenÈ›ial în neutralizarea virionilor. Aceste variante noi ale SARS-CoV-2 care pot scăpa de răspunsul imun la virus ar putea afecta pacienÈ›ii, testele de diagnostic È™i 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 variaÈ›ii ale virusului. Această variantă poartă o mutaÈ›ie în RBD al proteinei spike. Varianta B.1.1.7 s-a răspândit rapid în cel puÈ›in 50 de țări È™i 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 È™i poate fi găsită acum în peste 30 de țări. Identificată pentru prima dată în octombrie 2020, împărtășeÈ™te unele mutaÈ›ii cu B.1.1.7. ⁱⁱ MutaÈ›iile B.1.351 afectează domeniul de legare la receptor (RBD), partea proteinei spike responsabilă de ataÈ™area la celule.
3. Linia P.1 a fost identificată în Japonia È™i se crede că ar fi provenit din Brazilia. CDC consideră că această variantă „ridică preocupări cu privire la o potenÈ›ială creÈ™tere a transmisibilității sau predispoziÈ›iei pentru reinfectarea cu SARS-CoV-2” ⁱⁱⁱ.

De ce sunt importante aceste variante?

Varianta B1.1.7 a fost identificată iniÈ›ial din cauza eÈ™ecului validarii genei S într-un test molecular specific. Acest eÈ™ec al testului este legat de o scurtă suprimare prezentă în gena S, care împiedică legarea de sonda moleculara È™i nu reuÈ™eÈ™te 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 populaÈ›ie, demonstrând o creÈ™tere 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. SecvenÈ›ierea ulterioară a variantei B.1.1.7 a arătat o mutaÈ›ie în RBD al proteinei spike (N501Y), care ar putea contribui la transmiterea crescută a variantei prin creÈ™terea legării proteinei spike la ACE2, facilitând pătrunderea virusului în celulele umane ^xxi.

Variantele B.1.351 identificate iniÈ›ial în Africa de Sud poartă, de asemenea, mutaÈ›ia N501Y, dar au È™i două mutaÈ›ii suplimentare (E484K È™i K417N) în RBD a proteinei spike. MutaÈ›ia E484K apare într-o regiune a RBD în epitopii mai multor anticorpi monoclonali neutralizanÈ›i ^xxi. Studiile au demonstrat că unii anticorpi monoclonali neutralizanÈ›i, dar nu toÈ›i, nu au reuÈ™it să se lege de proteina spike care poartă E484K (Weisblum). AlÈ›i 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). MutaÈ›ia E484K reduce puterea de neutralizare a unor seruri convalescente de peste 10 ori (Greaney). Nu toate serurile convalescente sunt afectate. Unii pacienÈ›i infectaÈ›i 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 consecinÈ›e grave, cum ar fi transmisibilitatea virală potenÈ›ial crescută, severitatea simptomelor, o detectare redusă cu testele de diagnostic È™i serologice È™i eficacitatea vaccinului. Oamenii de È™tiință urmăresc cu atenÈ›ie toate mutaÈ›iile virale pe măsură ce ne confruntăm cu o creÈ™tere a cazurilor È™i a îngrijorărilor potrivit cărora noile variante pot fi rezistente la vaccin.

Cum afectează aceste variante vaccinurile?

Primele cercetări sugerează că vaccinurile Pfizer-BioNTech È™i Moderna COVID-19 pot proteja împotriva variantelor din Marea Britanie È™i Africa de Sud. Activitatea de neutralizare a serului de la o persoană vaccinată este menÈ›inută în totalitate împotriva variantei B.1.1.7 È™i uÈ™or 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 mutaÈ›ii specifice pentru a îmbunătăți protecÈ›ia 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 È›intă împotriva proteinei spike, deoarece aceÈ™tia sunt suspectaÈ›i că ar conferi imunitate.

Pe baza studiilor publicate, este probabil ca anticorpii produÈ™i împotriva B.1.1.7 (sau cel puÈ›in o mare parte din aceÈ™tia) să fie detectaÈ›i prin teste serologice folosind proteina de tip sălbatic spike ^vii. Prin urmare, este probabil ca analizele serologice actuale să detecteze anticorpii crescuÈ›i împotriva variantelor B.1.1.7. MutaÈ›iile ^viii variantei B.1.351, în special E484K È™i K417N pot afecta legarea anticorpilor neutralizanÈ›i È™i a serurilor convalescente ale pacienÈ›ilor infectaÈ›i anterior cu tulpina de tip sălbatic a virusului ^ix. Este posibil (dar nu s-a demonstrat încă) ca recunoaÈ™terea 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 intenÈ›ionează să efectueze un studiu pentru a demonstra că serurile de la pacienÈ›ii infectaÈ›i 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-mean-for-covid19-testing.html [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