Недавняя публикация в PLOS Biology обобщила текущее понимание эволюции патогенов.

Адаптация патогена происходит, когда новые варианты становятся более приспособленными к текущей среде, чем их предшественники. Иммунитет хозяина, вызванный вакцинацией или инфекцией, может формировать существующую среду обитания для патогенов. Скорость появления новых вариантов коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2) и масштабы глобальных усилий по вакцинации против SARS-CoV-2 подняли вопросы о влиянии вакцинации на эволюцию вируса.

Временная эволюционная динамика новых патогенов может включать две фазы. На первом этапе хозяева не имеют иммунитета, и отбор способствует адаптации к этим хозяевам. На второй фазе популяция хозяев постепенно приобретает иммунологическую память в результате инфекции или вакцинации, и отбор смещается в сторону адаптации к этим иммунологически подготовленным хозяевам. В настоящем исследовании исследователи изучили, как патогены в новых хозяевах развиваются, когда хозяева становятся иммунологически праймированными.

Адаптация патогенов и механизмов

Адаптация патогенов к иммунно-наивным и первичным хозяевам зависит от появления новых вариантов и их приспособленности к разным хозяевам. Пригодность может быть рассчитана с использованием абсолютных и относительных темпов роста. Абсолютная скорость роста инфекций помогает определить, может ли вариант распространяться в популяции. Напротив, относительная скорость роста указывает, может ли вариант увеличиваться по частоте и вытеснять доминирующий в настоящее время вариант, а именно, дикий тип.

Абсолютная скорость роста должна быть положительной, чтобы вариант распространился в популяции. Коэффициент отбора (разница между темпами роста варианта и дикого типа) должен быть положительным, чтобы вариант увеличил свою относительную частоту. Варианты могут распространяться между хозяевами, среди прочего, путем уклонения от иммунитета, подавления, эксплуатации и адаптации к жизненному циклу.

В основе этих механизмов лежат такие черты, как повышенное сродство к рецепторам хозяина, измененная латентность, большие размеры всплесков и изменения тропизма тканей. В тех случаях, когда смерть или госпитализация хозяина ограничивают передачу возбудителя, иммунитет, вызванный инфекцией или вакциной, может усилить передачу за счет снижения тяжести заболевания. Эти идеи приводят к двоякой классификации адаптированных к иммунитету вариантов.

Gaia Herbs, Turmeric Supreme, куркума, повышенная сила действия, 120 веганских фито-капсул с жидкостью

Во-первых, адаптированный к иммунитету вариант является универсальным, если он адаптирован к наивным популяциям хозяев. Напротив, адаптированный к иммунитету вариант является специалистом, если он плохо адаптирован к наивным хозяевам. Другой способ категоризации — оценить, способствует ли абсолютная скорость роста или подавляется иммунологическим праймированием. Абсолютная скорость роста варианта с усилением иммунитета увеличивается с увеличением доли праймированных хозяев, тогда как для вариантов с подавлением иммунитета она снижается.

Иммунитет снижает степень репликации патогена двумя способами. Иммунный ответ сводит к минимуму патогенную нагрузку и быстро устраняет инфекцию у праймированных хозяев, а высокая доля праймированных хозяев в популяции снижает частоту инфицированных хозяев. Эффективные вакцины и их быстрое развертывание ограничивают появление новых вариантов; однако адаптация патогенов может усиливаться из-за негерметичных вакцин, которые не полностью предотвращают инфекцию, а также из-за хронических инфекций у хозяев с ослабленным иммунитетом.

Примечательно, что многие вакцины не были подорваны адаптацией патогенов. Было высказано предположение, что отсутствие адаптации связано с двумя особенностями, связанными с вакцинацией. Во-первых, поскольку вакцинация является профилактической, она может ограничить количество патогенов в вакцинированных хозяевах и ограничить появление/передачу новых вариантов. Во-вторых, вакцины обычно вызывают иммунный ответ против нескольких мишеней патогена, что затрудняет обход иммунного ответа патогеном.  

Последствия для SARS-CoV-2

Экспериментальная эволюция — это прямой путь к изучению того, как вакцины влияют на адаптацию патогенов. Этот подход применялся только в одном исследовании, в то время как в большинстве других исследований основное внимание уделялось патогенам с длительной ассоциацией с хозяевами. Все больше данных свидетельствует о быстрой адаптивной эволюции SARS-CoV-2. Эпидемиологические данные показывают, что большинство адаптированных к иммунитету вариантов SARS-CoV-2 являются универсальными с подавленным иммунитетом.

Частота дельта-варианта увеличилась в странах с высоким и низким охватом вакцинацией, что позволяет предположить, что это универсальный вариант. Более поздний вариант Омикрона также, по-видимому, подавляет иммунитет, хотя еще предстоит выяснить, являются ли (суб)варианты Омикрона специализированными или универсальными. До сих пор варианты SARS-CoV-2 с усиленным иммунитетом не появлялись, и вполне возможно, что такие варианты никогда не появятся в зависимости от доступной генетической вариации.

Тем не менее, вероятны специализированные варианты, если SARS-CoV-2 подвергнется дальнейшей адаптации в ответ на иммунологический прайминг. Более того, в будущем могут потребоваться вакцины следующего поколения или измененные схемы вакцинации для борьбы с эволюцией SARS-CoV-2. Было развернуто несколько вакцин против SARS-CoV-2, и графики вакцинации постоянно корректируются.

Если это разнообразие приводит к иммунологической гетерогенности популяции, то естественный отбор будет благоприятствовать различным вариантам в разное время/в разных местах или допускать сосуществование нескольких вариантов. Таким образом, крайне важно корректировать программы вакцинации, чтобы постоянно сдерживать инфекции. Чем больше вакцина может подавлять передачу, нацеливаться на различные эпитопы и эффективно ингибировать инфекцию и репликацию внутри хозяев, тем лучше она будет снижать скорость адаптации патогена.

Заключительные замечания

Ожидается, что на ранних стадиях пандемии частота универсальных вариантов возрастет. Позже эволюция патогенов включает адаптацию к иммуннопримированным хозяевам и снижение адаптации к наивным хозяевам. Иммунитет может ингибировать как универсалов, так и специалистов, при этом скорость роста снижается с увеличением доли праймированных хозяев.

До сих пор варианты SARS-CoV-2 подавляли иммунитет, и многие из них являются универсальными, частота которых увеличилась бы независимо от усилий по вакцинации. В какой-то момент дальнейшая адаптация может произойти из-за распространения специалистов, хотя будет ли они подавлены иммунитетом или облегчены, будет зависеть от вирусных мутаций.