Durante o curso da pandemia de síndrome respiratória aguda grave do coronavírus 2 (SARS-CoV-2), as comunidades clínicas, científicas e de saúde pública tiveram que responder a novas variantes genéticas virais. Cada um deles gerou uma onda de atenção da mídia, uma série de reações da comunidade científica e apelos dos governos para “ficarem calmos” ou buscarem contra-medidas imediatas. Embora muitos cientistas inicialmente estivessem céticos sobre a importância da alteração do D614G, o surgimento da nova “variante do Reino Unido” – a linhagem B.1.1.7 – gerou uma preocupação generalizada. Compreender quais variantes são preocupantes e por quê, requer uma avaliação da evolução do vírus e da epidemiologia genômica do SARS-CoV-2.
Mutações, variantes e propagação
As mutações surgem como um subproduto natural da replicação viral. 1Os vírus de RNA normalmente têm taxas de mutação mais altas do que os vírus de DNA. Os coronavírus, no entanto, fazem menos mutações do que a maioria dos vírus de RNA porque codificam uma enzima que corrige alguns dos erros cometidos durante a replicação. Na maioria dos casos, o destino de uma mutação recém-surgida é determinado pela seleção natural. Aqueles que conferem uma vantagem competitiva em relação à replicação viral, transmissão ou escape da imunidade aumentarão em frequência, e aqueles que reduzem a aptidão viral tendem a ser eliminados da população de vírus circulantes. No entanto, as mutações também podem aumentar e diminuir em frequência devido a eventos fortuitos. Por exemplo, um “efeito fundador” ocorre quando um número limitado de vírus individuais estabelece uma nova população durante a transmissão. As mutações presentes nos genomas desses ancestrais virais irão dominar a população, independentemente de seus efeitos na aptidão viral. Essa mesma interação de seleção natural e eventos fortuitos molda a evolução do vírus nos hospedeiros, nas comunidades e entre os países.
Embora os termos mutação , variante e cepa sejam freqüentemente usados alternadamente na descrição da epidemiologia da SARS-CoV-2, as distinções são importantes. Mutação refere-se à mudança real na sequência: D614G é uma substituição de ácido aspártico por glicina na posição 614 da glicoproteína de pico. Os genomas que diferem na sequência são freqüentemente chamados de variantes . Este termo é um pouco menos preciso porque 2 variantes podem diferir por 1 mutação ou muitas. Estritamente falando, uma variante é uma cepa quando tem um fenótipo comprovadamente diferente (por exemplo, uma diferença na antigenicidade, transmissibilidade ou virulência).
A avaliação de uma nova variante do SARS-CoV-2 deve incluir a avaliação das seguintes questões: A variante alcançou proeminência por meio da seleção natural ou eventos fortuitos? Se a evidência sugere seleção natural, quais mutações estão sendo selecionadas? Qual é o benefício adaptativo dessas mutações? Que efeito essas mutações têm na transmissibilidade e disseminação, antigenicidade ou virulência?
Spike D614G
A mutação D614G na glicoproteína de pico do SARS-CoV-2 foi detectada pela primeira vez em um nível significativo no início de março de 2020 e se espalhou para o domínio global no mês seguinte. 2 A mutação inicialmente parecia surgir de forma independente e, simultaneamente, varrer várias regiões geográficas. Esta evolução convergente aparente foi sugestiva de seleção natural e um benefício adaptativo de D614G. No entanto, esforços de sequenciamento subsequentes identificaram a mutação D614G em vírus em várias províncias chinesas no final de janeiro. Isso levantou a possibilidade de que a dispersão global dessa mutação poderia ter resultado de eventos fundadores casuais, nos quais vírus que abrigam 614G apenas iniciaram a maioria dos eventos de transmissão precoce em vários locais.
Essa hipótese nula plausível levou muitos na comunidade da evolução a duvidar que a mutação D614G fosse adaptativa, apesar dos dados in vitro mostrando seus efeitos na ligação ao receptor. Uma recente análise genética e filodinâmica populacional de mais de 25.000 sequências do Reino Unido descobriu que os vírus com 614G pareciam se espalhar mais rápido e semear clusters filogenéticos maiores do que os vírus com 614D. 3 O tamanho do efeito foi modesto e os modelos variáveis nem sempre alcançaram significância estatística. Mais recentemente, trabalhos complementares em modelos animais indicam que os vírus 614G são transmitidos de maneira mais eficiente. 4 , 5
Spike N453Y e Mink
Com relação aos surtos de SARS-CoV-2, começaram a surgir em fazendas de vison na Holanda e na Dinamarca no final da primavera e no início do verão de 2020. 6 A investigação genômica e epidemiológica de um surto precoce na Holanda demonstrou entre humanos e visons, visons e visons e visons à transmissão humana. 7No início de novembro de 2020, as autoridades dinamarquesas relataram 214 casos de coronavírus humano em 2019 (COVID-19) associados a fazendas de visons. Muitas sequências de SARS-CoV-2 da Holanda e da Dinamarca tinham uma mutação Y453F no domínio de ligação ao receptor do pico, que pode mediar o aumento da afinidade de ligação para o vison ACE2 (enzima de conversão da angiotensina 2). Onze indivíduos do surto dinamarquês tinham uma variante denominada cluster 5, que tinha 3 mutações adicionais no pico (del69_70, I692V e M1229I). Uma investigação inicial de 9 amostras de soro convalescente humano sugeriu uma redução modesta e estatisticamente significativa na atividade de neutralização contra os vírus do cluster 5 (média, 3,58 vezes; intervalo, 0-13,5). A aparente adaptação do SARS-CoV-2 ao vison foi, no entanto, preocupante porque a evolução contínua do vírus em um reservatório animal poderia potencialmente levar a eventos de transbordamento recorrentes do novo SARS-CoV-2 do vison para humanos e outros mamíferos. Por esta razão, muitos países aumentaram os esforços de vigilância e, em alguns casos, implementaram abates em grande escala (isto é, abate seletivo) de visons nas fazendas.
Linhagem B.1.1.7 e N501Y
A linhagem B.1.1.7 (também chamada de 501Y.V1) é um cluster filogenético que está se espalhando rapidamente no sudeste da Inglaterra 8 ( Figura ). Ele havia acumulado 17 mutações definidoras de linhagem antes de sua detecção no início de setembro, o que sugere uma quantidade significativa de evolução anterior, possivelmente em um hospedeiro cronicamente infectado. Em 28 de dezembro de 2020, essa variante era responsável por aproximadamente 28% dos casos de infecção por SARS-CoV-2 na Inglaterra, e modelos genéticos populacionais sugerem que ela está se espalhando 56% mais rapidamente do que outras linhagens. 9Ao contrário do D614G, que poderia plausivelmente ter se beneficiado de eventos casuais iniciais, a linhagem B.1.1.7 se expandiu quando os casos de SARS-CoV-2 se espalharam e aparentemente alcançou o domínio ao superar a competição de uma população existente de variantes circulantes. Isso é fortemente sugestivo de seleção natural de um vírus que é mais transmissível em nível populacional. Embora as intervenções de saúde pública como máscaras, distanciamento físico e limitações em grandes aglomerações devam permanecer eficazes, o controle de uma variante mais transmissível provavelmente exigiria uma aplicação mais rigorosa e a adoção generalizada dessas medidas.
A, Árvore filogenética mostrando a relação da linhagem B.1.1.7 (20B / 501Y.V1, ramo e pontas da laranja) com outras linhagens circulantes. O longo comprimento do ramo para esta linhagem reflete o fato de que ela acumulou um número significativo de mutações antes de ser descoberta. B, Frequências de linhagens circulantes ao longo do tempo. As linhagens são coloridas como na árvore, com a linhagem B.1.1.7 (20B / 501Y.V1) mostrada em laranja.
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Oito das mutações da linhagem B.1.1.7 estão na glicoproteína de pico, incluindo N501Y no domínio de ligação do receptor, deleção 69_70 e P681H no local de clivagem da furina. Todas essas mutações poderiam influenciar de forma plausível a ligação de ACE2 e a replicação viral. Prevê-se que as variantes do pico 501Y tenham uma afinidade mais alta para o ACE2 humano, e uma variante diferente, também com uma mutação N501Y, está se espalhando rapidamente na África do Sul. Os efeitos dessas mutações na antigenicidade não são claros atualmente.
Antigenicidade e eficácia da vacina
A vigilância genômica das variantes do SARS-CoV-2 tem se concentrado amplamente nas mutações na glicoproteína do pico, que medeia a ligação às células e é o principal alvo dos anticorpos neutralizantes. Há um grande interesse em saber se as mutações na glicoproteína do pico medeiam o escape dos anticorpos do hospedeiro e podem comprometer a eficácia da vacina, uma vez que o pico é o principal antígeno viral nas vacinas atuais. Neste ponto, a seleção forte de uma variante no nível da população provavelmente não é conduzida pelo anticorpo do hospedeiro porque não há um número suficiente de indivíduos imunes para empurrar sistematicamente o vírus em uma determinada direção. Em contraste, se uma variante tem uma ou mais mutações no pico que aumentam a transmissibilidade, ela pode vencer rapidamente e substituir outras variantes circulantes.
Separar a causa da consequência é importante na avaliação de dados sobre a neutralização de anticorpos de variantes de pico. Independentemente do motivo pelo qual as mutações foram selecionadas, é razoável esperar que muitas mutações no pico possam afetar a neutralização por soros convalescentes. Portanto, é importante considerar a magnitude da mudança na neutralização e o número de amostras de soro avaliadas. Outro problema é que as glicoproteínas virais estão sujeitas a compensações evolutivas. Às vezes, uma mutação que aumenta uma propriedade viral, como a ligação a um receptor, pode reduzir outra propriedade, como o escape de anticorpo do hospedeiro. De fato, evidências recentes sugerem que esse pode ser o caso do D614G. 10É possível que mutações no pico que são “boas” para o vírus agora também possam torná-lo menos adequado no contexto de imunidade populacional no futuro. A definição dessas dinâmicas e de sua influência potencial na eficácia da vacina exigirá o monitoramento em larga escala da evolução do SARS-CoV-2 e da imunidade do hospedeiro por um longo tempo.
Publicado online: 6 de janeiro de 2021. doi: 10.1001 / jama.2020.27124
Divulgações de conflito de interesses: O Dr. Lauring relatou ter recebido honorários pessoais da Sanofi como consultor sobre oseltamivir e influenza e honorários pessoais da Roche como membro de um comitê diretor para um ensaio clínico de baloxavir e influenza, fora do trabalho apresentado. Nenhuma outra divulgação foi relatada.
