Evoluzione in atto: le mutazioni di SARS-CoV-2

Cari ragazzi è ancora tempo di didattica a distanza a causa della pandemia. È trascorso più di un anno dalla prima diffusione del virus SARS-CoV-2 in tutto il mondo; ora abbiamo i vaccini, sappiamo molto di più sul virus e, se saremo capaci di seguire le direttive degli scienziati, ne usciremo. Questa situazione, nonostante tutto, ci offre l'opportunità di analizzare da vicino la biologia di un virus a contatto con un ospite nuovo (cioè noi!) e di osservare la sua evoluzione "in diretta". In biologia evolutiva si definisce con l'espressione arms race, corsa agli armamenti, la coevoluzione tra ospite e parassita. Il parassita tende a mutare per eludere le difese immunitarie dell'ospite. Quest'ultimo tende, parimenti, a sviluppare una difesa immunitaria che si adatti al patogeno per bloccarlo tempestivamente, prima che si sviluppi una patologia grave.
Il virus SARS-CoV-2 non ha effetti gravi nella maggior parte degli uomini. Tuttavia, l'infezione manda in tilt il sistema immunitario negli anziani e anche in persone che abbiano altre patologie croniche. Tre sono le modalità con le quali il virus stravolge l'immunità: 1) i macrofagi e le cellule polmonari infettate da SARS-CoV-2 secernono citochine, messaggeri chimici del sistema immunitario necessari per coordinare la risposta di difesa; in alcuni casi, il virus causa una vera e propria tempesta di citochine che, a sua volta, amplifica l'infiammazione tanto da danneggiare, per esempio, i tessuti polmonari; 2) i neutrofili, un particolare tipo di globuli bianchi, producono fibre proteiche che intrappolano il virus; sembra che, in caso di risposta immunitaria eccessiva, queste reti di fibre proteiche possano formare dei coaguli sanguigni, danneggiando i vasi e le cellule polmonari; 3) in una normale risposta immunitaria, i linfociti T arrivano sul sito dell'infezione e distruggono il virus; nel caso dell'infezione grave da SARS-CoV-2, i linfociti T spariscono.

Fonte dell'immagine: Spike in motion

Scienziati e medici sono in grado di controllare meglio di un anno fa l'infezione grave da SARS-CoV-2 e le vaccinazioni ci permetteranno a breve di diminuire la percentuale di persone suscettibili al virus, limitandone la diffusione. Tuttavia, il virus sta "facendo il suo lavoro" e muta per vincere la sopracitata "corsa agli armamenti" contro l'uomo. Se è vero che molti medicinali antivirali permettono di controllare meglio il decorso dell'infezione grave, il numero di malati, che finiscono in terapia intensiva, è ancora troppo alto a causa delle varianti. Queste non sono altro che le mutazioni del virus che permettono alla proteina virale spike di trovare porte d'ingresso alternative per entrare nelle cellule umane e, soprattutto, di rendere il virus più contagioso. Spike è la proteina superficiale del virus, mediante la quale infetta le cellule. Il fine del virus è proprio questo: diventare capace di contagiare il maggior numero di individui possibile per replicarsi velocemente e avere altre occasioni per mutare ancora adattandosi meglio al proprio ospite. Se, quindi, lasciamo che il virus si replichi non avremo scampo perché, essendo un virus nuovo in Homo sapiens e non essendoci ancora anticorpi nella popolazione umana in quantità sufficiente a contrastare la sua replicazione, il virus continuerà a evolversi e adattarsi in breve tempo. È un esempio da manuale di evoluzione in atto!
Infatti, la famosa variante inglese sta sostituendo quella originale, proprio perché è molto più contagiosa. Le mutazioni, come sapete, sono errori casuali di duplicazione. Nel caso di SARS-CoV-2 si tratta di mutazioni che si verificano durante la duplicazione del suo genoma a RNA. Non è un virus che muta molto frequentemente, in media accumula solo 2 mutazioni al mese nel suo genoma di 30000 basi. Questa frequenza di mutazione è la metà di quella stimata per il virus dell'influenza stagionale e un quarto di quella del virus HIV. Tuttavia, se pensate che le persone infettate fino a questo momento (3 aprile 2021) sono più di 130 milioni, le occasioni di mutare non mancano per SARS-CoV-2.


Le varianti del virus: uno sguardo evolutivo

Gli scienziati seguono le mutazioni del virus sequenziando il suo genoma e in questo modo riescono anche a capire come si muove, da dove viene una variante e come si evolve. Sequenziando genomi virali da tutto il mondo e confrontandoli si è visto che alcune mutazioni avvengono nelle stesse basi in virus che si riproducono in popolazioni umane lontane geograficamente e che non sono venute in contatto. Cioè virus con la stessa mutazione compaiono in luoghi geograficamente distanti. Questo fenomeno non è certo nuovo in genetica. Le proteine hanno posizioni che mutano "meglio" di altre e non è raro che gli stessi amminoacidi vengano sostituiti allo stesso modo in maniera del tutto indipendente. La domanda che tutti si pongono è se i vaccini e gli anticorpi contro la prima variante del virus siano efficaci anche contro queste mutazioni. Ebbene, il vaccino è disegnato sulla proteina spike, le mutazioni più contagiose riguardano la stessa proteina e, quindi, è chiaro che i vaccini disegnati con la proteina della prima variante, continuano a funzionare, ma purtroppo perdono di efficacia. I vaccini attuali, per esempio, mantengono la loro efficacia contro la variante inglese, ma non contro le varianti brasiliana e sudafricana. Come accade per il virus influenzale, dovranno essere sviluppati ogni anno vaccini modificati e tutta la popolazione dovrà vaccinarsi periodicamente. Questa è la corsa agli armamenti! Mutazioni casuali, deriva genetica e selezione naturale sono i meccanismi evolutivi in atto in questa pandemia. Per fermare la corsa del virus ci vorrà ancora un po' di tempo e, soprattutto, noi dovremmo cercare di utilizzare un nostro strumento vincente: la razionalità! Dobbiamo continuare a seguire tutte le precauzioni necessarie, indossare le mascherine, lavarci le mani frequentemente, non uscire di casa se non necessario, non andare in luoghi affollati, proteggere la nostra popolazione anziana vaccinandola prioritariamente.
Dobbiamo essere veramente ancora molto cauti, vaccinarci tutti e avere pazienza perché gli scienziati hanno recentemente scoperto che le potenzialità di variazione della proteina spike sono notevoli. È questa sua plasticità genetica che probabilmente ha favorito il passaggio di specie del virus. Abbiamo quindi a che fare con un virus che non muta molto, ma sopporta bene le mutazioni, che quindi casualmente possono avvantaggiarlo in determinate condizioni, tanto da consentirgli facilmente di passare da una specie a un'altra.
Lewis Carroll nel suo romanzo "Attraverso lo specchio e quel che Alice vi trovò" fece dire alla Regina Rossa "Ora, in questo luogo, come puoi vedere, ci vuole tutta la velocità di cui si dispone se si vuole rimanere nello stesso posto; se si vuole andare da qualche altra parte, si deve correre almeno due volte più veloce di così!" Ebbene, l'ipotesi della Regina Rossa in genetica evolutiva afferma che poiché il virus "sta correndo", l'ospite deve farlo a una velocità "almeno doppia" per vincere la corsa evolutiva.

Referenze

Iwasaki e Wong (2021) Il caos immunitario di COVID-19. Le Scienze, 631: 37 - 43.

How to Understand COVID-19 Variants and Their Effects on Vaccines

Le varianti del virus: uno sguardo evolutivo

The emerging plasticity of SARS-CoV-2

Evolution goes viral

Circulating SARS-CoV-2 spike N439K variants maintain fitness while evading antibody-mediated immunity

Manuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it)