إد فيل، جامعة باث

في أواخر العام الماضي، لوحظت ثلاثة متغيرات مختلفة من فيروس كورونا المتميزة وسريعة الانتشار في المملكة المتحدة وجنوب إفريقيا والبرازيل. وفي الآونة الأخيرة، تسببت المتغيرات في الهند والولايات المتحدة وأماكن أخرى القلق. هل ينذر ظهور هذه المتغيرات بمعركة طويلة الأمد مع الوباء، أم أن الفيروس سرعان ما ينتهي من مرحلة التطور الى المناورة ويستقر كمسبب مرضي أكثر اعتدالاً ومتوطنًا؟

التنبؤات حول المسار التطوري للفيروس، وبالتحديد التغيرات في شدة ضراوته، ستظل دائماً مليئة بالشكوك. كما إن تقلبات الحمض النووي الريبي RNA المتحور عشوائياً، والأنماط الفوضوية للانتقال والتوسع، وقوى الانتقاء الطبيعي المفهومة جزئياً، تمثل تحديات حتى للمتنبئين التطوريين الاكثر بصيرة. ومع ذلك، فإن المفاهيم التطورية الراسخة، إلى جانب ثروة من البيانات المستقاة من الفيروس نفسه، يمكن أن توفر على الأقل بعض المؤشرات.

إن سارس- CoV-2، الفيروس المسبب لـ COVID-19، قفز إلى البشر من مضيف حيواني مجهول، وبذلك دخل حيزاً تطورياً جديداً مليئاً بالعقبات والتهديدات والطرق المسدودة – وفي بعض الأحيان – الفرص. وهذا الحيز يصعب تخيله وقياسه. إنه متعدد الأبعاد بشكل مزعج ويمكن رؤية حدوده وتضاريسه من العديد من وجهات النظر الغامضة.

تتمثل نقطة الدخول البسيطة في النظر في الحدود العليا لتنوع تسلسل الجينوم، أو حدود الفضاء للطفرة. افترض أن جينوم SARS-CoV-2 يبلغ طوله 30 ألف موضع، كل موضع منها يمكن أن تحتله إحدى القواعد الأربع (الأدينين والسيتوزين والجوانين واليوراسيل). ويترتب على ذلك وجود أكثر من كوينتيليون (أربعة أس 30) تسلسل جينوم محتمل، أي ما يعادل تقريباً عرض مجرة درب التبانة بالأمتار.

يتكون كل من DNA و RNA من أربعة قواعد فقط

لكن هذا الحد الرياضي لا يأخذ في الاعتبار علم الأحياء وعلى هذا النحو فهو غير مفيد تماماً. ولا يكاد أي من هذه الجينومات الافتراضية يمكن أن يشفر فيروساً يكون قادراً على العدوى والتكاثر. إن هذا المطلب الأساسي للحفاظ على الآلية الفيروسية في حالة عمل جيدة هو خبر سار. فالقيود التطورية للحفاظ على الوظيفة الفيروسية ستحد من سرعة ومدى تكيف الفيروس.

وهناك المزيد من الأخبار الجيدة. كان الكثير من تعليقات الخبراء بشأن التهديد من الطفرات في جينوم SARS-CoV-2 متفائلاً نسبياً، وهو انعكاس لحقيقة أن الغالبية العظمى من الطفرات في الجينوم لها عواقب وظيفية قليلة أو معدومة. وفي حين أنه قد تكون هناك مساحات شاسعة من الفضاء الطفري التي يمكن للفيروس استكشافها من الناحية النظرية، فإن كل هذه المساحة تقريباً ستكون خارج الحدود بالنسبة فيروس وظيفي. والكثير من الباقي لن يكون له صلة تذكر بكيفية تصرف الفيروس.

ولكن في حين أن الطفرات غير ضارة في الغالب، إلا أنها تظل مخفية في الفضاء الطفري العميق، مثل النقاط المجهرية على النقاط المجهرية، وهناك التغيرات الجينية النادرة جداً التي تسمح للفيروس بالتجدد.

ما مدى سرعة تطور SARS-CoV-2؟

وقد وفر لنا تسلسل الجينوم الكامل وسيلة لمشاهدة استكشاف SARS-CoV-2 من خلال الفضاء الطفري بتفاصيل رائعة. ونحن نعلم أن الجينوم يكتسب طفرة أو طفرتين شهرياً في المتوسط، والذي، مع أخذ حجم الجينوم في الاعتبار، يكون كمعدل أبطأ بنحو أربع مرات من فيروس الإنفلونزا. و فسر هذا على نطاق واسع على أنه خبر سار. المنطق هنا هو أن الجينوم الأكثر استقراراً يوفر فرصاً أقل للفيروس للهروب من اللقاحات أو النجاح بالقيام ببعض الحيل الجينية الأخرى.

كان ظهور “متغير المملكة المتحدة” (المعروف أيضاً باسم “متغير كينت”، B117 أو 20I / 501Y.V1) مهماً وجدياً. حيث كشفت بيانات تسلسل الجينوم أنها التقطت 23 طفرة (تساوي سنوات كاملة) على ما يبدو دفعة واحدة. معظم هذه الطفرات ذات أهمية تطورية ضئيلة، ولكن البعض الآخر مسؤول عن زيادة معدل انتشار هذا المتغير.

لماذا وكيف حدث هذا؟ إن الفيروس يتحور أثناء التكاثر داخل مضيف بشري. جيث يمكن لهذه الطفرات أن تغير طريقة تفاعل الفيروس مع الخلايا البشرية، بما في ذلك جهاز المناعة. فقد يكون البديل البريطاني قد ظهر أثناء الإصابة بعدوى طويلة الأمد في مريض واحد يعاني من ضعف المناعة. وعلى مدى عدة أسابيع، كان العلاج ببلازما الشفاء – المحملة بالأجسام المضادة – ممكناً أن يؤدي إلى الاختيار الطبيعي لانتقاء هذا المتغير.

وقد لوحظت انفجارات تطور أخرى مماثلة. وظهر مؤخراً “متغير الاهتمام variant of interest” في تنزانيا يحتوي على 34 طفرة منفصلة. كما لوحظت أيضاً أمثلة على إعادة التركيب، حيث تتحد جينومات SARS-CoV-2 المختلفة لتشكيل هجين. وفي حين أن هذه الأحداث قد تكون نادرة، لا ينبغي التقليل من أهميتها التطورية المحتملة. فمتوسط معدل الطفرة البطيء نسبياً لا يتوافق تلقائياً مع معدل التطور البطيء.

“يتم استدعاء الكثيرين، ولكن يتم اختيار القليل” (قول للسيد المسيح)

ربما كانت شرارة ظهور المتغير البريطاني هي ضغط تطوري لحماية الفيروس من الأجسام المضادة العلاجية (بلازما الشفاء). وكانت النتيجة الأكثر وضوحاً لهذا هو الميل المتزايد للانتشار بين المضيفين. ويوضح هذا أن نفس الطفرات يمكن أن تزود الفيروس بمزايا متعددة في وقت واحد، وهي ظاهرة تُعرف باسم “تعدد الأشكال pleiotropy”.

وفي حين أننا قد لا نفهم تماما الآليات البيولوجية، يمكننا بسهولة تحديد الطفرات المرشحة من بيانات تسلسل الجينوم، لأنها ظهرت مرارا وتكرارا أثناء انتشار الوباء. فعلى الرغم من أن الطفرة نفسها هي عملية عمياء، إلا أن الانتقاء الطبيعي قد اختار هذه الطفرات نفسها بشكل متكرر. ويُعرف هذا باسم “التقارب التطوري evolutionary convergence”.

إن هذه العشرات أو نحوها من الطفرات، في مجموعات مختلفة، هي السمة المميزة لجميع المتغيرات. إن كل ذلك يغير بروتين سبايك – وهو جزء الفيروس الذي يرتبط بالخلايا البشرية. وعلى الرغم من زيادة عدد الحالات والوفيات الناتجة عن هذه الطفرات، فهل يمكننا على الأقل أن نشعر بالراحة من حقيقة أن العدد الإجمالي لهذه الطفرات يبدو محدوداً؟

ربما. لكن من المحتمل ألا يتم تحديد خصائص الفيروس من خلال طفرات مفردة منعزلة، ولكن في كيفية تفاعل العديد من الطفرات. ويفتح هذا المنظور الاندماجي فجأة مناطق جديدة من الفضاء الطفري الذي يحتمل أن يكون مثمراً للفيروس.

إن تقدير كيف يمكن لأحداث نادرة واحدة أن تغير مسار الوباء بأكمله ينبهنا إلى مخاطر الانتشار غير المنضبط. ومثلما تزداد فرص الفوز باليانصيب مع شراء المزيد من التذاكر، فإن احتمالية حدوث أحداث تطورية نادرة تؤدي إلى متغيرات جديدة مثيرة للقلق ستزداد مع إصابة أعداد أكبر من الناس.

فالمتغيرات الجديدة لا تحترم الحدود الوطنية، وبغض النظر عن مدى صعوبة التنبؤ بالتغيرات التطورية، هناك شيء واحد واضح: من منظور تطوري، من الضروري إبقاء أعداد الحالات العالمية منخفضة قدر الإمكان.

إد فيل، أستاذ التطور الميكروبي في مركز ميلنر للتطور، جامعة باث

Cet المادة est republié à partir de The Conversation sous ترخيص المشاع الإبداعي. لقراءة المادة الاصلية