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Come sorgono le varianti genetiche del coronavirus? Le indagini degli esperti

La biologia di base dei Coronavirus

Come tutti i virus a RNA, il SARS-CoV2 ha un processo di replicazione soggetto a errori, generando mutazioni e dando luogo a nuove varianti. I ricercatori hanno affermato che tra i ceppi di SARS-CoV2 circolanti prevale una crescente pressione selettiva. Solo quei ceppi che possono eludere l’infezione naturale e l’immunità indotta dal vaccino influenzeranno la selezione delle varianti virali. SARS-CoV2, come qualsiasi altro coronavirus, richiede una RNA polimerasi RNA-dipendente (RdRp) per la replicazione. L’RdRp è per sua natura incline all’errore durante il suo lavoro; quindi, aiuta l’evoluzione dei virus tramite cambiamenti associati alla replica. Il tasso di mutazione è basso a causa del processo di correzione delle bozze di acido nucleico da parte dell’esonucleasi 3′ virale. Per SARS-CoV-2, la correzione di bozze viene effettuata dalla proteina nsp14. Tuttavia, la sola correzione delle bozze non può impedire al virus di subire cambiamenti o mutazioni genetiche. Gli scienziati ritengono che la comprensione dei fattori molecolari e di altri fattori estrinseci associati alla generazione di varianti di SARS-CoV2 sia fondamentale per contenere la pandemia.

Il ruolo dei serbatoi naturali animali

Fondamentale è l’analisi dei serbatoi zoonotici (animali come pipistrelli, visoni, dromedari, ecci.), dove si verificano la maggior parte dei cambiamenti adattativi del virus. La vera diversità di questo virus potrebbe essere determinata studiando il tasso di accumulo di errori indotti dalla replicazione del SARS-CoV2 in altre specie di mammiferi. Non è ancora chiaro se l’adattamento dei virus all’interno del pipistrello abbia prodotto una popolazione quasi-variante di sarbecovirus più diversificata, rispetto ad altre specie di mammiferi. Diversi tipi di cellule provenienti da diversi ospiti hanno i loro percorsi biochimici unici. Ad esempio, le reazioni catalitiche della polimerasi virale richiedono un particolare substrato le cui caratteristiche (qualità e quantità) potrebbero differire tra i tipi di cellule dell’ospite. Pertanto, la replicazione dei coronavirus e il grado di errore dipende dall’ospite e dal tipo di cellula. Inoltre, altri fattori dell’ospite, come gli enzimi, influenzano l’evoluzione delle varianti virali. Ad esempio, la sequenza codificante dell’enzima chiamato TMPRSS2 è diversa tra specie di mammiferi lontanamente imparentate.

Durante lo spillover zoonotico, il virus infetta una specie di mammifero con un diverso ortologo della proteasi TMPRSS2. La proteina spike del SARS-CoV2 si altera sufficientemente per entrare nella nuova specie. Pertanto, esiste un rischio elevato che la popolazione virale all’interno della linea cellulare con un enzima ortologo, possa evolvere ed essere selezionata come variante con maggiore infettività. Precedenti studi hanno evidenziato che i genomi con mutazioni casuali associate alla replicazione si accumulano all’interno della stessa cellula, dove si verifica un mix eterogeneo di proteine ​​virali. Ciò solleva interrogativi sulla vera diversità della proteina sulla superficie dei singoli virioni e sui successivi focolai di SARS-CoV2 a livello tissutale e delle sue varianti. Tuttavia, non è chiaro se esista un processo a livello molecolare più ordinato che regoli la distribuzione omogenea delle varianti della proteina spike sui singoli virioni. I vaccini contro la SARS-CoV2 sono stati sviluppati in tempi record grazie alla rapida condivisione delle informazioni tra i ricercatori. Il virus, tuttavia, si sta evolvendo man mano che si diffonde.

Una questione tutt’altro che facile

Uno studio recente ha identificato otto possibili eventi di ricombinazione tra i genomi SARS-CoV. Quattro si sono verificati all’interno dei geni strutturali e due sono stati trovati all’interno del gene spike. Tuttavia, questi eventi di ricombinazione erano assenti in tutti i set di dati sottocampionati. Esiste anche una lacuna nella ricerca relativa alla frequenza della ricombinazione SARS-CoV2 e ai fattori che consentono la ricombinazione. Uno studio molto recente sulla rivista Trends in Microbiology, si è concentrato sul contributo di due processi, replicazione e ricombinazione, alla generazione di varianti SARS-CoV2 attuali e future. La ricombinazione, a differenza della replicazione, può portare a modifiche più critiche nel genoma virale e del suo fenotipo finale. Inoltre, la trascrizione discontinua dei genomi del coronavirus consente la ricombinazione in una cellula infettata da più specie di coronavirus, portando alla formazione di RNA subgenomici, che hanno implicazioni per il destino delle cellule infette.

La ricombinazione omologa si verifica anche nel genoma SARS-CoV2: in questo processo, le molecole di RNA si ricombinano attraverso regioni di elevata somiglianza. Nei Betacoronavirus, la ricombinazione si verifica abbastanza comunemente, specialmente nei pipistrelli. Inoltre, gli eventi di ricombinazione si trovano anche nei coronavirus umani. Tali studi aiuterebbero a comprendere la traiettoria evolutiva della SARS-CoV2 all’interno della pandemia in corso, contribuendo anche a prevedere l’efficacia a lungo termine del vaccino e l’immunità indotta dalle infezioni naturali. Gli scienziati hanno spiegato che la distribuzione dei recettori e il tropismo cellulare sono determinanti essenziali della co-infezione da due coronavirus strettamente correlati e sono inclini alla ricombinazione. Tuttavia, non è noto quali fattori virali e dell’ospite influenzino fortemente la ricombinazione: è necessaria una maggiore conoscenza di come si replica il SARS-CoV2.

Maggior informazioni aiuteranno a determinare se SARS-CoV2 è più incline agli errori e alla ricombinazione indotti dalla replicazione.

  • A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.

Pubblicazioni scientifiche

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Tao K, Tzou PL et al. Nat Rev Genet. 2021 Sep 17:1-17.

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Dott. Gianfrancesco Cormaci
- Laurea in Medicina e Chirurgia nel 1998 (MD Degree in 1998) - Specialista in Biochimica Clinica nel 2002 (Clinical Biochemistry residency in 2002) - Dottorato in Neurobiologia nel 2006 (Neurobiology PhD in 2006) - Ha soggiornato negli Stati Uniti, Baltimora (MD) come ricercatore alle dipendenze del National Institute on Drug Abuse (NIDA/NIH) e poi alla Johns Hopkins University, dal 2004 al 2008. - Dal 2009 si occupa di Medicina personalizzata. - Guardia medica presso strutture private dal 2010 - Detentore di due brevetti sulla preparazione di prodotti gluten-free a partire da regolare farina di frumento immunologicamente neutralizzata (owner of patents concerning the production of bakery gluten-free products, starting from regular wheat flour). - Responsabile del reparto Ricerca e Sviluppo per la società CoFood s.r.l. (leader of the R&D for the partnership CoFood s.r.l.) - Autore di un libro riguardante la salute e l'alimentazione, con approfondimenti su come questa condizioni tutti i sistemi corporei. - Autore di articoli su informazione medica e salute sui siti web salutesicilia.com, medicomunicare.it e in lingua inglese sul sito www.medicomunicare.com
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