Mění očkování rychlost mutací? Pochopte, jak fungují varianty koronaviru

Jaký vliv má očkování na mutování viru? Tato otázka se vzhledem k dění v Česku i ve světě stává čím dál důležitější. Po reprodukčním čísle nebo stádní imunitě jsou tak pojmy mutace a varianty dalšími koncepty, které si musíme osvojit my všichni, co se účastníme tohoto nedobrovolného celosvětového kurzu epidemiologie.

Tyto pojmy jsou totiž nezbytné pro pochopení aktuální situace. Pojďme tedy s pomocí odborníků pochopit, jak viry mutují, proč se některé varianty šíří rychleji a jak to souvisí s důležitostí očkování.

Celá epidemie covidu začala nějakými třiceti tisíci písmenky. Což je text, který s trochou snahy vmáčknete na jeden list A4 (ke stažení v PDF). Jde o reprezentaci genetického kódu koronaviru SARS-CoV-2. Pomocí písmen A, C, G, a U je zakódován nejen koronavirus, který trápí svět. Stejné stavební kameny RNA (adenin, guanin, cytosin a uracil, respektive thymin u DNA) jsou součástí všeho života na zemi.

Ovšem virus není tak úplně živý, jde o informaci, která se pomocí živých buněk rozmnožuje a šíří.

Viry se nerozmnožují, ale klonují. „Virus především není živý. Když jej buňka vyrobí, tak virus je zcela pasivní tukový váček, nedělá nic, nemá metabolismus, žádný senzor, nemůže na nic reagovat,“ zdůrazňuje výzkumník Jan Pačes z Ústavu molekulární genetiky Akademie věd ČR. Nebo, slovy biologů Jeana a Petera Medawarových: „Virus je špatná zpráva zabalená do proteinů.“

Teprve když virus pronikne do buňky, může jí dát instrukce k tomu, aby vytvořila kopii tohoto viru dle zadaných písmenek. V případě koronaviru jsou instrukce zapsány v ribonukleové kyselině (RNA), proto je genetická informace oproti dvouvláknové DNA méně stabilní.

Mutace je vlastně takový překlep, chyba při přepisování kódu. A obvykle je to chyba nežádoucí. „Organismy s DNA základem umožňují opravu mutací. Navíc řada druhů má pohlavní rozmnožování, takže když vznikne nevýhodná mutace, tak to ještě pro ten druh není nic fatálního a nerozšíří se,“ popisuje Pačes.

RNA viry takovou ochranu nemají a mutace jsou u nich proto relativně časté. Koronaviry jsou v tomto ohledu výjimečné: „Jsou to páni mezi viry, mají třicet tisíc písmenek, to je na virus opravdu hodně, třeba chřipky nebo HIV jsou mnohem jednodušší,“ říká Pačes. „Koronaviry dokonce mají opravné mechanismy, takže některé ty mutace umí opravit. Proto koronaviry obecně mutují pomaleji, třeba dva až čtyřikrát pomaleji, než chřipka.“

Ale pořád mutují mnohem rychleji než organismy s DNA. Jak rychle? U koronaviru SARS-CoV-2 se udává cyklus množení o délce pěti dnů. To, co sledujeme, je tedy jakási zrychlená evoluce. Přibližně u každého druhého nakaženého člověka dojde ke vzniku mutace.

Mutace vznikají náhodně, na všech různých místech genetického kódu. Může jít o záměnu jednoho či více písmenek. „Tyto chyby jsou přirozeným vedlejším produktem virové replikace,“ popisuje vědkyně Petra Mlčochová, která covid zkoumá na University of Cambridge. „Čím více se bude virus replikovat, vytvářet větší počet svých kopií, tím větší je pravděpodobnost, že vytvoří mutace.“

To je podstatný detail, ke kterému se ještě vrátíme: rychlost mutací je stále víceméně stejná, dojít k ní může při každém klonování. Mutace ale běží paralelně ve všech nakažených lidech. Tedy: čím více se virus šíří, čím více lidí je infikovaných a čím větší je virová nálož u lidí, tím více mutací vzniká.

Podle Mlčochové rozlišujeme v zásadě tři typy mutací: neutrální, pozitivní a negativní. Většina mutací nezpůsobí vůbec nic. Jde o náhodné změny, které nemají žádnou důležitou funkci ve výsledném kódu. Potomci tohoto viru si nicméně nesou i tyto neutrální mutace a postupně přidávají další. Podrobná data o variantách zachycených v ČR jsou dostupná na stránkách Ústavu molekulární genetiky AV ČR, na sběru a zpracování se podílejí i další instituce.

„Je to podobné jako šrámy u lidí. Náhodné jizvy, které nemají žádnou roli ani vliv,“ popisuje lékař a analytik Stuart Ray z Johns Hopkins University. „Ale když máme dostatečnou jistotu, že konkrétní změna genetického kódu má nějaký měřitelný vliv na vlastnosti viru, tak můžeme studovat, jak daný virus funguje.“ Takové postřehy se hodí nejen v rovině výzkumu, ale může pomoci i při vývoji antivirotik.

Pokud mutace způsobí změnu, která snižuje schopnost viru se šířit, tato linie viru se bude šířit méně a postupně může zcela zaniknout. Z hlediska virových variant jsou pochopitelně nejzajímavější takové mutace, které viru naopak pomáhají šířit se lépe.

A mohla by se jedna varianta náhodou vyvinout na více místech na světě? „To je velice nepravděpodobné,“ vysvětlila nám Mlčochová. „Varianta je verze viru, který nahromadil několik mutací. Všechny nové varianty SARS‐CoV‐2 nasbíraly více mutací. Například Alfa varianta jich má 23. Je velice nepravděpodobné, že by se stejných 23 mutací vytvořilo ve stejnou dobu na dvou nezávislých místech.“ Různé varianty nicméně mohou nezávisle přijít na nějakou stejnou konkrétní mutaci několika písmenek.

Když virus během náhodných mutací náhodou narazí na kombinaci písmenek, která mu zajistí vyšší nakažlivost, bude se tato mutace šířit rychleji a tato linie má tak konkurenční výhodu. Pokud se začne šířit, můžeme mluvit o tzv. variantě hodné pozornosti.

„To soutěžení variant je samozřejmě čistě pasivní věc,“ připomíná Pačes. „Ten virus nežije.“ Jde vlastně o jednoduchou matematiku. Varianta, která se snáze šíří, má svoje vlastní (vyšší) reprodukční číslo. Může tedy prosperovat i v takové populaci, kde se původní varianta kvůli zavedeným opatřením šířit už nedokázala.

„Když se v nějakém státě nedařilo držet koronavirus pod kontrolou a bylo tam hodně pacientů, tak si viry vyzkoušely obrovské množství různých mutací,“ popisuje Pačes. „Ten virus vstupuje do buňky tak, že se jeho ‚spike protein‘ spojí s ACE2 receptorem na povrchu lidské buňky. To je jako zámek a klíč, ten tvar víceméně odpovídá.“ Mutace virů ten tvar postupně mění. Čím lépe do sebe tvary zapadají, tím lépe virus vyrobený podle zmutovaných instrukcí vniká do lidské buňky. A tam vyrábí své kopie, které mají stejnou schopnost. Je to, jako kdyby nepřátelská armáda právě náhodou našla slabinu v brnění protivníků a uzpůsobila tomu svou taktiku.

Další – z pohledu viru nesmírně výhodnou – mutací může být mutace způsobující únik či maskování před protilátkami imunitního systému. „Naše tělo se brání tomu viru a vyrábí protilátky. Vyselektuje si takové, které rozpoznají něco na povrchu toho viru,“ popisuje Pačes složitý mechanismus výběru. „Ten tvar musí být unikátní, nesmí se vyskytovat v lidském těle, jinak by vznikla autoimunitní nemoc.“

Některé mutace změní tvar epitopu na povrchu viru a tím pádem jej už protilátka nerozpozná. „Potom mluvíme o únikových mutacích,“ dodává Pačes. „Protože ta mutace pomohla viru vyhnout se odpovědi imunitního systému.“ To je částečně případ i aktuálně se šířící varianty delta, která kombinuje snazší pronikání do lidských buněk se schopností unikat některým protilátkám imunitního systému.

Virus se šíří z člověka na člověka. Když se v laboratoři podíváme na nějaký konkrétní vzorek viru, tak tento virus prošel třeba sto lidmi a u padesáti z nich nějak zmutoval. Tato rychlost mutací se příliš nemění.

Ale z pohledu hledání úspěšných mutací velmi záleží nejen na rychlosti, ale také na počtu příležitostí k mutacím. Tedy na počtu lidí, kteří jsou nakažení. V každém nakaženém člověku totiž mohou s nějakou malou šancí vzniknout nové mutace, které dají viru významnou výhodu.

Největším faktorem pro vznik mutací je tedy počet nakažených: „Víme, že mutace vznikají během virové replikace. Takže více nakažených znamená více virové replikace a potenciálně více vznikajících mutací,“ zdůvodňuje Mlčochová.

Někteří lidé ovšem mohli získat dojem, že výskyt variant je důsledkem očkování. Že vyšší počet očkovaných vytváří na virus tlak, aby mutoval. Ostatně termín „varianty viru“ řada lidí začala slýchat právě poté, co se začalo očkovat.

Podle odborníků je to ale přesně naopak: očkování nezpůsobuje více mutací, ale naopak jejich počet snižuje, a s tím i pravděpodobnost vzniku nových nebezpečných variant. A to hned z několika důvodů.

První je uvnitř našeho těla: „Očkování vytváří nepříznivé podmínky pro virovou replikaci v naočkovaném infikovaném jedinci,“ vysvětluje Mlčochová. „To znamená méně replikace a méně času vytvářet mutace.“ Nedávná (zatím nerecenzovaná) studie, na které se podíleli i vědci z University of Cambridge, sledovala vznik mutací u očkovaných lidí: „Zjistili jsme, že v zemích, kde je vysoká míra proočkování, klesá diverzita linií viru SARS-CoV-2. To znamená, že očkování výrazně omezuje evoluční schopnosti viru vytvořit únikové varianty.“

Druhý důvod souvisí s výše zmíněným „výpočetním výkonem“. Očkování snižuje počet nakažených lidí, a tím snižuje počet příležitostí, které virus dostává k uhodnutí dalších výhodných kombinací a k „vývoji“ nových variant.

Studie publikovaná v březnu 2021 v Nature navíc ukázala, že očkovaní jedinci, kteří se nakazí virem, v sobě mají významně menší virovou nálož, čímž se snižuje šance přenosu na další lidi. To opět snižuje počet příležitostí pro tvorbu a šíření mutací.

„Očkování, stejně jako prodělání nemoci, způsobí to, že ten virus se nemůže tak dobře šířit,“ popisuje Pačes. „Takže šířit se budou varianty, které tomu uniknou, nebo které budou úspěšně napadat naivní populaci (epidemiologové označují jako naivní takovou skupinu, která se dosud s virem nesetkala, pozn. red.) . Teď třeba vidíme, že ve státech, kde je vysoká proočkovanost, se ten virus šíří zejména u dětí a mladších dospělých. Když vakcinace zabrání masivnímu šíření viru, tak varianty vznikat nebudou.“

Česko i svět nyní řeší nástup varianty delta (B.1.617.2), která je ze známých variant zatím nejnakažlivější. V porovnání s „originálním covidem“ z jara 2020 jde o virus výrazně nakažlivější.

Nicméně ani tato nová varianta není odolná vůči vakcínám. Červnová data z Británie například ukazují, že vakcíny Pfizer i AstraZeneca chrání efektivně proti takovému průběhu, který by vyžadoval hospitalizaci. Analýza týmu Financial Times ukazuje, že výsledky z Anglie, Skotska, Izraele i Kanady potvrzují účinnost vakcín Pfizer, AstraZeneca a Moderna i proti variantě delta.

„Vypadá to, že rychlost šíření viru má nějaký horní limit. A myslíme si, že se tomu blížíme a že už jsme u horního limitu,“ doufá Pačes. A jaké by navrhoval řešení? „Virus nikde nepřežije mimo tělo. Obecně ten virus mimo člověka nepřežívá, není to klíště,“ vrací se genetik k samotnému začátku našeho rozhovoru. „Kdyby se lidé na tři týdny zavřeli, virus by zmizel, neměl by kde přežít.“

V počáteční fázi pandemie je podle něj proto nejlepší všechny nakažené dotrasovat a nenechat nakazit někoho jiného: „Jako jsme to udělali u SARS v roce 2003 a jako to děláme každý rok u MERS, který každoročně znovu přeskočí na člověka. To je pekelně smrtící virus, tam umře každý čtvrtý člověk. Ale u MERS jsou lidé nakažliví až poté, co mají symptomy, u covidu je to obráceně.“

Doufá také, že by se výrobcům mRNA vakcín mohlo povést udělat univerzální vakcínu, která bude chránit před novými variantami: „Ty mRNA vakcíny půjdou také snadno připravit na míru těm únikovým mutacím.“

S důležitostí očkování jako hlavního nástroje souhlasí i Mlčochová: „Nejlepší způsob, jak v současné době bojovat s nově se objevujícími variantami, je rychle naočkovat co nejvíce lidí tou vakcínou, kterou máme teď. Protože i současné vakcíny stále fungují na různé varianty.“

Problematika virových variant je samozřejmě mnohem komplexnější. Vůbec jsme se třeba nepustili do kapitoly různých typů imunitních odpovědí. Pro pochopení základních principů – a pro lepší posuzování aktuálních informací – je to ale užitečný základ.

Umožňuje pochopit, proč může třicet tisíc písmenek s několika drobnými „překlepy“ napáchat tolik škody po celém světě. A proč virus – přestože není živý – umí díky těmto překlepům hledat slabá místa v našem „brnění“.

Doplnění: doplnili jsme vysvětlení epidemiologického pojmu naivní populace.