Koronavirüs / Coronavirüs D614G Mutasyonu Bulaşma Yeteneğini Artırıyor mu? Scripps Research’te yapılan laboratuvar deneyleri, Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri’nde dolaşan SARS coronavirus 2 varyantındaki küçük bir genetik mutasyonun virüsün hücreleri enfekte etme yeteneğini önemli ölçüde arttırdığını gösteriyor.
“Bu mutasyona sahip virüsler, kullandığımız hücre kültürü sisteminde mutasyon olmayanlara göre çok daha bulaşıcıydı,” diyor araştırmanın kıdemli yazarı Phripps Research ve virolog Hyeryun Choe.
D614G Neden Farklı?
Mutasyon, viral yüzeydeki fonksiyonel sivri uç sayısını önemli ölçüde artırma etkisine sahipti. Bu sivri uçlar virüsün hücrelere bağlanmasına ve enfekte olmasına izin verir.
Choe, “Virüs üzerindeki fonksiyonel sivri uçların sayısı veya yoğunluğu bu mutasyon nedeniyle 4 veya 5 kat daha fazla arttı” diyor.
Sivri uçlar, koronavirüse taç benzeri görünümü verir ve ACE2 adı verilen hedef hücre reseptörlerine kilitlenmesini sağlar. D614G olarak adlandırılan mutasyon, başaktaki “omurgaya” daha fazla esneklik sağlar, Scripps İmmünoloji ve Mikrobiyoloji Araştırma Bölümü başkan yardımcısı Michael Farzan’ı açıklıyor.
Daha esnek sivri uçlar, yeni yapılan viral partiküllerin, üretici hücreden hedef hücreye tamamen sağlam bir şekilde yolculuk etmesini sağlar, erken ayrılma eğilimi daha azdır.
Choe, “Verilerimiz çok açık, mutasyonla virüs çok daha kararlı hale geliyor,” diyor.
İtalya ve New York’taki COVID-19 salgınlarının neden bu kadar hızlı bir şekilde sağlık sistemlerini bunalttığına dair çok fazla tartışma yaşanırken, San Francisco ve Washington eyaleti gibi yerlerde erken salgınlar en azından başlangıçta daha kolay yönetildi. Bu topluluklar ve tepkileriyle ilgili bir şey miydi yoksa virüs bir şekilde değişti mi?
Tüm virüsler çoğaldıkça ve yayıldıkça çok az genetik değişiklik kazanırlar. Bu değişiklikler nadiren zindeliği veya rekabet etme yeteneğini etkiler. En erken bölgesel salgınlarda dolaşan SARS-CoV-2 varyantı, şu anda dünyanın çoğunda egemen olan D614G mutasyonundan yoksundu.
D614G Mutasyonu için Biyokimyasal Deneyler Ne Diyor?
Ancak bu, az sayıda varyantın tesadüfen geniş bir nüfusa yayıldığı zaman görülen “kurucu etkisi” yüzünden miydi? Choe ve Farzan biyokimyasal deneylerinin sorunu çözdüğüne inanıyorlar.
Choe ve Farzan’ın makalesi “SARS-CoV-2 başak proteinindeki D614G mutasyonu, S1 dökülmesini azaltır ve enfektiviteyi artırır.”
Choe ve Farzan, araştırmalarının anahtar koronavirüs proteinleri üretmek için tasarlanmış zararsız virüsler kullanılarak yapıldığını belirtiyor. Gözlemledikleri değişikliklerin aynı zamanda gerçek dünyada bulaşabilirliğin artmasına da karşılık gelip gelmediğini görmek için ek epidemiyolojik çalışmalar gerektirdiğini belirtiyorlar.
Cesaret verici bir şekilde, ikili, enfekte kişilerin serumundan gelen bağışıklık faktörlerinin, D614G mutasyonu olan ve olmayan mühendislik virüslerine karşı eşit derecede iyi çalıştığını buldu. Choe, gelişimdeki aşı adaylarının bu mutasyona sahip olan veya olmayan mutasyonlara karşı çalışacağına dair umut verici bir işarettir.
Choe ve Farzan, benzer bir virüs olan SARS’ın ilk patlak vermesinden bu yana yaklaşık 20 yıldır koronavirüsleri incelediler. 2003 yılında SARS’ın hücrelerdeki ACE2 reseptörüne bağlandığını ilk keşfedenler bunlardı. Diğerlerinin deneyleri SARS-CoV-2 virüsünün aynı ACE2 reseptörüne bağlandığını göstermiştir.
Ancak Farzan ve Choe, ilk SARS virüsündeki başak proteinleri ile bu yeni pandemik tür arasındaki önemli yapısal farklılığa dikkat çekiyor. Her ikisi de bir elektron mikroskobu altında, başak üç ayaklı bir omurga benzeri bir iskelede birbirine bağlı olarak tripod şekline sahiptir. Ancak SARS-CoV-2 farklıdır. Tripodu, S1 ve S2 olmak üzere iki gizli bölüme ayrılmıştır.
Başlangıçta, bu sıra dışı özellik dengesiz ani artışlar ürettiğini söylüyor. Her SARS-CoV-2 virüsündeki yüzlerce sivri uçtan sadece dörtte biri, bir hedef hücreyi başarıyla enfekte etmek için ihtiyaç duydukları yapıyı korur. Mutasyonla, tripod çok daha az kırılıyor, yani sivri uçlarının daha fazla tamamen işlevsel olduğunu söylüyor.
D614G Mutasyonunun Eklenmesi
D614G mutasyonunun eklenmesi, o lokasyondaki amino asidin aspartik asitten glisine dönüştürüldüğü anlamına gelir. Farzan, bunu daha bükülebilir kılıyor. Duo’nun haberine göre, başarısının kanıtı, dünya çapında bilim adamlarının GenBank dahil veri tabanlarına katkıda bulunduğu sıralı türlerde görülebilir.
Şubat ayında, GenBank veri tabanına bırakılan hiçbir dizi D614G mutasyonunu göstermedi. Ancak Mart ayına kadar 4 örnekten 1’inde ortaya çıktı. Farzan, Mayıs ayında örneklerin yüzde 70’inde ortaya çıktığını söylüyor.
Farzan, “Zamanla, daha iyi nasıl tutulacağını ve ihtiyaç duyuluncaya kadar nasıl parçalanmayacağını anladı” diyor. “Virüs, seçim baskısı altında kendisini daha kararlı hale getirdi.”
Bilim adamları, bu küçük mutasyonun enfekte kişilerin semptomlarının şiddetini etkileyip etkilemediğini veya mortaliteyi artırıp arttırmadıklarını hala bilmiyorlar. Choe, New York ve diğer yerlerdeki YBÜ verilerinin yeni D614G varyantının üstünlüğünü bildirmesine rağmen, ideal olarak kontrollü çalışmalar altında çok daha fazla veriye ihtiyaç olduğunu söylüyor.
D614G Mutasyonu Coronavirüsün Daha Fazla Hücreye Bulaşmasını Sağlıyor
Genetikçiler, virüsün ortak bir genetik varyasyonunun insanlar arasında daha kolay yayılıp yayılmadığını belirlemek için daha fazla kanıt gerektiğini söyledi.
Bilim adamları aylardır koronavirüsün bir genetik varyasyonunun dünyanın birçok yerinde baskın hale geldiğini tartıştılar.
Birçok bilim adamı, varyasyonun Avrupa’daki patlayıcı salgınlardan dışa doğru çoğaltarak tesadüfen yayıldığını iddia ediyor. Diğerleri bir mutasyonun bir çeşit biyolojik avantaj sağladığını ve bu mutasyonun etkisini geliştirdiğini öne sürdü.
Şimdi, bilim adamları (en azından bir laboratuvar hücre kültürünün sıkı kontrol edilen ortamında) bu mutasyonu taşıyan virüslerin daha fazla hücreye bulaştığını ve onsuz olanlardan daha esnek olduklarını gösterdiler.
Genetikçiler, Şubat ayından bu yana yaygın bir şekilde dolaşan varyantın insanlarda daha kolay yayılıp yayılmadığına dair sonuç çıkarmaya karşı uyarıda bulundular. Daha ölümcül veya zararlı olduğuna dair bir kanıt yok ve hücre kültüründe görülen farklılıklar mutlaka daha bulaşıcı olduğu anlamına gelmiyor.
Ancak uzmanlar, henüz gözden geçirilmemiş olan yeni çalışmanın, bu mutasyonun virüsün biyolojik fonksiyonunu değiştirdiğini gösteriyor. İçgörü, mutasyonun biyomoleküler düzeyde nasıl davrandığını anlamada önemli bir ilk adım olabilir.
Scripps Research, Florida’daki araştırmacılar, D614G olarak bilinen mutasyonun, viral yüzeyden çıkıntı yapan ve koronavirüsün adını veren virüsün başak proteinlerini stabilize ettiğini buldular. Her bir viral partikül üzerindeki fonksiyonel ve sağlam sivri uç sayısının, bu mutasyon nedeniyle yaklaşık beş kat daha fazla olduğunu buldular.
Bu başak proteinlerinin bir virüsün enfekte olması için bir hücreye bağlanması gerekir. Sonuç olarak, çalışmayı yöneten bilim adamları Hyeryun Choe ve Michael Farzan’a göre, D614G mutasyonu geçiren virüslerin bir hücreyi bu mutasyon olmadan virüslerden çok daha fazla enfekte etme olasılığı olduğunu gördüler.
D614G Mutasyonu
Koronavirüs genomundaki küçük bir mutasyon, virüsten çıkıntı yapan başak proteinlerini stabilize edebilir ve en azından laboratuvar deneylerinde daha fazla hücreyi enfekte etmesine izin verebilir.
Farzan, “Yüzeyde daha işlevsel sivri uçlu virüsler daha bulaşıcı olacaktır” dedi. “Ve deneydeki iki virüs arasında çok net farklılıklar var.” “Bu farklılıklar az önce ortaya çıktı.” Diye ekledi.
Makalenin üst düzey yazarı Dr. Choe, mutasyonla virüsün ani yükselişinin, kullandığımız hücre kültürü sisteminde, aynı mutasyonu olmayanlara göre yaklaşık 10 kat daha bulaşıcı olduğunu söyledi.
Mutasyonlar, kopyalandıkça ortaya çıkan viral genetik materyaldeki küçük, rastgele değişikliklerdir. Büyük çoğunluk virüsün işlevini şu ya da bu şekilde etkilemez.
Virologlar, araştırmanın Scripps araştırmasının, bu spesifik mutasyonun gerçekten virüsün biyolojik davranış biçiminde önemli bir değişikliğe neden olduğunu gösteren güçlü bir gösteri olduğunu söylemekteler.
Sydney Üniversitesi’nde profesör ve viral evrim uzmanı Eddie Holmes, “Bu güçlü bir deneysel çalışma ve D614G mutasyonunun SARS-CoV-2’nin enfektivitesini artırdığına dair en iyi kanıt” dedi.
Araştırmacıların üzerinde çalıştığı mutasyon, Avrupa’da ve Amerika Birleşik Devletleri’nin çoğunda, özellikle Kuzeydoğu’da baskın olmuştur. Bunu, Wuhan, Çin’deki pandeminin başlangıcında bulunanlar gibi, bu mutasyon olmadan virüslerle karşılaştırdılar.
Choe, sonuçların D614G virüsünün hızla yayılmasında biyolojik faktörlerin rol oynadığını öne sürdüğünü söyledi. Choe, “Bu mutasyon, onu taşıyan virüslerin üstünlüğünü açıklayabilir” dedi.
Ancak diğer bilim adamları, virüsdeki farklılıkların salgının gidişatını şekillendirmede bir faktör olup olmadığını belirlemek için daha fazla araştırma yapılması gerektiğini belirtti. Bilim adamları, kilitlenmelerin zamanlaması, seyahat modelleri ve şans da dahil olmak üzere diğer faktörlerin yayılmasında açıkça rol oynadığını savunuyor.
Ve tek başına şans, mutasyona sahip virüslerin neden bu kadar yaygın olduğuna dair en iyi açıklama olabilir.
D614G Mutasyonu Ne Kadar Hızlı Yayılıyor?
Scripps Research’te bir genetikçi olan Kristian Andersen, La Jolla, D614G ve Washington ve California’daki diğer varyantların analizlerinin şu ana kadar bir varyantın diğerine ne kadar hızlı veya yaygın olarak yayıldığı konusunda hiçbir fark bulamadığını söyledi.
“Şu anda çok tereddüt etmemin ana nedeni bu,” dedi Dr. Andersen. “Çünkü biri gerçekten diğerinden önemli ölçüde daha iyi yayılabilseydi, burada bir fark görmeyi beklerdik.”
2013’ten başlayarak Batı Afrika’da yayılan Ebola virüsü testleri, ortak bir mutasyonun hücre kültürlerinde rakiplerinden daha fazla hücre enfekte ettiğini gösterdi ve potansiyel olarak mutasyona uğramış virüsün daha bulaşıcı olduğunu düşündürdü. Ancak, daha sonra hayvanlarda test edildiğinde fark devam etmedi .
Bilim adamlarının dikkati Mayıs ayında D614G mutasyonuna odaklanmaya başlamıştı, Los Alamos Ulusal Laboratuarı’ndan bir araştırmacı olan Bette Korber, “yeni bölgelere getirildiğinde hızla baskın form haline geldiğini” iddia eden bir bildiri yayınladı.
Birçok bilim adamı araştırmayı eleştirdi ve analizinin bu mutasyona sahip virüsün insanlarda daha bulaşıcı olduğu sonucuna varmak için yeterli olmadığını söyledi. Analiz şansın rolünü yeterince açıklamamış, dediler: Bir mutasyon yeni bir salgını tohumladığında, saf şansla bir avantaj oluşturabilir.
Duke Üniversitesi’nden bir virolog olan David Montefiori, Dr.Korber liderliğinde yeni bir analize başladığını ve bu endişeleri ele aldığını söyledi. Bu çalışmanın bir parçası olarak, Duke’daki ekibinin Scripps Research bilim adamlarınınkine çok benzeyen laboratuvar sonuçları bulduğunu söyledi:
“D614G mutasyonuna sahip virüsler, hücreleri D614G olmayanlardan daha verimli şekilde enfekte etti” Açıklamasını yaptı.
Yeni araştırmada, Dr. Choe ve Dr. Farzan liderliğindeki ekip iki deney gerçekleştirdi. Birinde, retrovirüsler ve virüs benzeri parçacıklar da dahil olmak üzere standart araçları kullanarak zararsız proxy virüsleri yarattılar. Her biri, Velcro gibi hücrelerin yüzeyine bağlanmasına izin veren imza korona “başak” proteinlerine sahip olacak şekilde tasarlanmıştır.
D614G Mutasyonu İle İlgili Yapılan Deneyler Ne Gösteriyor?
Bilim adamları, D614G mutasyonuna sahip virüslerin, hücreleri enfekte etmek için bu mutasyon olmadan virüslere göre yaklaşık beş kat daha fazla fonksiyonel başak proteini koruduğunu buldular.
Başka bir deneyde, D614G mutasyonunu taşıyan virüslerin doku hücrelerini mutasyon olmadan virüslerden çok daha etkili şekilde enfekte ettiğini bulmuşlardır. Farzan, farkın muhtemelen başak proteinine daha fazla esneklik sağlayan ve onu stabilize eden mutasyonun biyolojik özelliğinden kaynaklandığını söyledi.
Araştırmacılar, bir zamanlar geliştirilen Coronavirus aşılarının, diğerlerine karşı D614G varyantına karşı da çalışması gerektiğini söyledi.
Dış uzmanlar, yeni çalışmanın etkileyici olsa da daha fazla iş yapılmasına neden olduğunu söyledi. Washington Eyalet Üniversitesi Fonksiyonel Viromik Laboratuarı’nda doçent olan Michael Letko, diğer biyolojik faktörlerin de virüsün gerçek dünyadaki yayılmasını etkileyebileceğini söyledi.
“Virüsün en iyi bildiğimiz kısmına odaklanıyoruz, ani artış ve diğer parçaların nasıl çalıştığı hakkında fazla bir şey bilmiyoruz” dedi.
Yine de Dr. Letko, yeni araştırmanın D614G mutasyonu olan virüslerin laboratuvarda daha bulaşıcı olduğunu gördüğünü ve bu konuda ikna olduğunu söyledi.
Uzmanlar, gerçek dünya iletiminde farklılıklar olup olmadığını belirlemede bir sonraki adımın hayvanlardaki farklı varyantları test etmek olduğunu söyledi.
“Bu virüslerle ilgili inanılmaz bir şey,” dedi Dr. Letko. “Darwinian makineleri deniyor ve bu küçük değişiklikler oldukça çarpıcı bir şekilde yükselebilir. Bu küçük kazançlar, bir virüsün bu şeylere sahip olmayan başka bir virüsü geride bırakmasına izin vermek için yeterli olabilir.”
Yavaş Değişen Bir Virüs
Pandemide bu noktada, 10 veya daha az mutasyona sahip koronavirüs genomları yaygındır ve sadece küçük bir sayının 20’den fazla mutasyonu vardır. Bu hala genomun yüzde onda birinden daha azdır.
Zamanla, virüsler yeni suşlara dönüşebilir. Diğer bir deyişle, birbirinden önemli ölçüde farklı olan viral soylar. Ocak ayından bu yana, araştırmacılar binlerce SARS-CoV-2 genomunu dizilediler ve ortaya çıkan tüm mutasyonları takip ettiler. Şimdiye kadar, mutasyonların virüsün bizi nasıl etkilediği konusunda önemli bir değişiklik yaşadığına dair zorlayıcı kanıtlar bulamadılar.
Aslında, araştırmacılar, koronavirüsün diğer bazı RNA virüslerine kıyasla nispeten yavaş mutasyona uğradığını bulmuşlardır, çünkü kısmen prova okuyucu olarak işlev gören virüs proteinleri bazı hataları düzeltebilir. Her ay, bir koronavirüs soyu sadece iki tek harfli mutasyon alabilir.
Gelecekte, koronavirüs bağışıklık sistemlerimizden kaçmasına yardımcı olan bazı mutasyonlar alabilir. Ancak koronavirüsün yavaş mutasyon oranı, bu değişikliklerin yıllar içinde ortaya çıkacağı anlamına gelir.
Bu, şu anda Covid-19 için geliştirilmekte olan aşılar için iyi bir seçimdir. İnsanlar 2021’de yeni koronavirüse karşı aşılanırlarsa gelişim durabilir mi?
D614G Mutasyonu ve Bilmediklerimiz
Araştırmacılar, şu anda dünya çapında üç milyondan fazla insanı enfekte eden koronavirüslerin sadece küçük bir kısmını sıraladılar.
Daha fazla genomun dizilenmesi virüsün tarihinde daha fazla bölüm ortaya çıkaracaktır ve bilim adamları özellikle Afrika ve Güney Amerika gibi birkaç genomun dizildiği bölgelerden gelen mutasyonları incelemeye devam etmektedirler.