האם נגיף קורונה משתנה במהירות כמו נגיפי שפעת? מה משפיע על קצב השינוי?

"עדיף שטן ישן משטן חדש" היא אמרה פסימית למדי ולפיה עדיפות צרות מוכרות מצרות חדשות. בימים פסימיים אלו כשנראה שנגיף הקורונה החדש (SARS-CoV-2) אחראי לכל צרות העולם, אחת השאלות המעסיקות ביותר את המדענים היא: האם הנגיף משתנה גנטית? שאלה זו רלוונטית ביותר במאמץ למצוא דרכים לבלימת המגפה. 

שינוי ברצף הקוד הגנטי נקרא מוטציה וזהו חלק טבעי בתהליך האבולוציה. מוטציה נחשבת חיובית, שלילית או ניטרלית לפי מידת התרומה שלה להישרדות ולהתרבות של האורגניזם בסביבה שהוא נמצא בה. בנגיפים  לדוגמה, מוטציה המאפשרת לנגיף לחמוק ממערכת החיסון של המאכסן נחשבת לחיובית. מוטציה שלילית יכולה להיות למשל כזו שפוגעת ביכולת הנגיף לחדור לתאי המאכסן.  

בתהליך החיסון נחשפת מערכת החיסון לחלק חיצוני במבנה הנגיף (אַנְטִיגֵן), ולומדת להכיר אותו ולפעול נגדו. המערכת גם יוצרת זיכרון חיסוני כנגד הנגיף ‒ בפעם הבאה שהיא תפגוש את אותו אַנְטִיגֵן היא תגיב במהירות ובעוצמה. המבנה החיצוני או מעטפת של הנגיף מורכב מחלבונים המיוצרים על סמך הקוד הגנטי שלו, לכן מוטציות בקוד הזה עשוית להוביל לשינוי בהרכב חלבוני המעטפת והפחתת היעילות של תגובה חיסונית. אם כן, מה הוא המנגנון המוביל לאותם שינויים גנטיים ומה השפעתם על עמידות הנגיף בפני מערכת החיסון?

לא להיסחף

בדומה לבעלי חיים, צמחים ומיקרואורגניזמים נגיפים רבים, מעבירים את המידע הגנטי שלהם מדור לדור באמצעות מולקולות DNA. אבל זו לא השיטה היחידה לשימור מידע והורשתו. למולקולת ה-DNA יש אחות (כמעט) תאומה ומבוגרת שנקראת RNA. לשתי המולקולות דמיון כימי ומבני אך לרוב תפקיד ביולוגי שונה. למרות שלמולקולת RNA יכולת לשמור מידע גנטי, היא לרוב משמשת מתווכת זמנית בין DNA ליצירת חלבון. ואולם, אצל חלק מהנגיפים השתמר השימוש ב-RNA כאמצעי אחסון בגנום. נגיף האיידס (HIV), נגיפי השפעת ונגיפים ממשפחת הקורונה הם דוגמאות בולטות לנגיפים בעלי מטען גנטי מסוג RNA. אצל נגיפי RNA הצטברות מוטציות בדרך כלל מהירה יותר מאשר אצל נגיפים בעלי DNA, משום שמנגנון הכפלת ה- DNA מכיל מערכות בקרה לזיהוי טעויות אקראיות שאינה קיימת ברוב נגיפי ה-RNA. 

טעויות מצטברות הנגרמות בעת הכפלת הגנום ומובילות לשינויים חיצוניים במבנה הנגיף נקראות "סחיפה אנטיגנית" (Antigenic drift). זהו המנגנון הגורם להופעת שינויים קלים בזני השפעת בכל חורף. למרות שכל הנגיפים עוברים תהליך של סחיפה אנטיגנית, הקצב לא בהכרח זהה. נגיפי קורונה, לדוגמה, בניגוד לרוב נגיפי ה-RNA דווקא כן מצוידים במערכת לאיתור טעויות שכפול שעוזרת להפחית את קצב המוטציות.

גם אופן האריזה של החומר הגנטי של הנגיף משפיע על קצב השינויים הגנטים. בנגיף השפעת, לדוגמה, מורכב הגֵנום משמונה מולקולות RNA נפרדות, בניגוד לנגיף הקורונה, שכל החומר הגנטי שלו מרוכז במולקולה אחת. זהו הבדל משמעותי שכן נגיפי שפעת יכולים לעבור תהליך של "העברה אנטיגנית" (Antigenic shift). מנגנון זה תורם להופעת זני שפעת חדשים כמו שפעת החזירים ושפעת העופות. בתהליך זה מוחלפים מקטעים גדולים של חומר גנטי בין זנים של הנגיף השוהים באותו מאכסן, וכך מואץ קצב השינוי הגנטי שעשוי לפגוע ביעילות חיסונים קיימים.

נגיפי קורונה | צילום במיקרוסקופ אלקטרונים: CAVALLINI JAMES / BSIP / SCIENCE PHOTO LIBRARY  קצב השינויים
טעויות מצטברות יכולות לשנות את מבנה המעטפת. נגיפי קורונה | צילום במיקרוסקופ אלקטרונים: CAVALLINI JAMES / BSIP / SCIENCE PHOTO LIBRARY

קצב השינויים 

חוקרים סבורים שקצב המוטציות בנגיף הקורונה נמוך פי 4-2 משפעת, ועומד על 2-1 שינויים בחודש. אף על פי שמוטציה היא אירוע אקראי, הבקרה על קצב ההצטברות של מוטציות נעשית באמצעות הברירה הטבעית של האבולוציה. לפי המודל הנוכחי, נגיפים בתהליך של ברירה טבעית עברו התאמה לקצב צבירת מוטציות מיטבי. הקצב הנוכחי מאפשר לנגיפים לעבור התאמות מהירות לתנאי סביבה משתנים, ומצד שני מקטין את הסיכוי למוטציות בעלות השפעה שלילית על הנגיף. 

המידע על המוטציות יכול לסייע לחוקרים להתחקות אחר ההתפשטות הגיאוגרפית של הנגיף ואף לחזות נקודות התפרצות חדשות עוד לפני ההתפרצות עצמה. לדוגמה, כשחוקרים זיהו גנום שונה מעט בנגיף קורונה שהדביק נער בן 17 במדינת וושינגטון, הם הבינו כי זה צאצא של הנגיף המקורי שאובחן באזור כמה שבועות קודם לכן, ולא נשא שהביא נגיף ממקום אחר. כך הסיקו החוקרים הנגיף כבר נמצא באזור וחזו, בצדק, כי וושינגטון תהפוך למוקד התפרצות.

 באשר לעתיד הנגיף, השאלה עדיין פתוחה. הרצף הגנומי של הנגיף אומנם פורסם במהירות בתחילת ההתפרצות אך הוא אינו חף מטעויות ויש צורך באימות כלל הנתונים. קושי נוסף הוא בהערכת ההשפעה של המוטציות על פעילות הנגיף ויש צורך בניסויים רבים שבהם מדביקים תאים של בעלי חיים בנגיף, כדי לבחון את ההשפעות האלה. טענות שנשמעו בשבועות האחרונים על זן חדש ואגרסיבי יותר של הנגיף התקבלו בספקנות בקהילה המדעית

פתרון תעלומת קצב השינויים בנגיף קורונה והבנת המנגנונים הגורמים להם חיוניים כמובן להתמודדות עם המגפה, וישפיעו על המאמצים לפתח חיסון. הם גם יסייעו לחזות מראש אם בחורף הבא נפגוש נגיף דומה או שהוא ישתנה מספיק ויהיה צורך להתמודד מחדש עם התפרצות מסוכנת. בינתיים המצב מספק דוגמה יפה להתמודדות של המדע עם אתגרים כאלה, תוך הסתמכות על הידע שנצבר בעבר.