نجح تعاون إسرائيلي-تشيكي في إعادة إنشاء المسار التطوري لفيروس كورونا في المختبر، من سلالة ووهان إلى أوميكرون، مما يوفر أداة محتملة للتعرف المبكر على المتغيرات شديدة العدوى بشكل خاص.
بدأت العديد من الأوبئة الحديثة عندما أصاب فيروس حيواني البشر، ثم تطور ليُحسّن قدرته على الانتشار من شخص لآخر. ولذلك، يُراقب العلماء والأطباء بقلق الفيروسات التي يُحتمل أن تنتقل من الحيوانات إلى البشر - مثل السلالات الجديدة من إنفلونزا الطيور وفيروس كورونا الخفافيش - بالإضافة إلى تلك التي انتقلت بالفعل من الحيوانات ولكنها تواجه صعوبة في الانتشار بين البشر، مثل الجمرة الخبيثة والإيبولا. وفي دراسة جديدة، تعاونت مختبرات البروفيسور... جدعون شرايبر تمكن الباحثون من معهد وايزمان للعلوم والدكتور جيري زاهاردنيك من جامعة تشارلز في براغ، من محاكاة المسار التطوري الذي مر به فيروس كورونا خلال فترة الجائحة بأكملها في المختبر، وذلك في غضون بضعة أشهر، بدءًا من سلالة ووهان وصولًا إلى انتشار سلالة أوميكرون شديدة العدوى.يتم الآن نشر نتائج بحثه. في المجلة العلمية طبيعة الاتصالات من المأمول أنه في حالة حدوث جائحة مستقبلية، سيكون من الممكن التنبؤ مسبقًا بكيفية تغير الفيروس وفي أي ظروف ستندلع موجات جديدة من العدوى.
أغسطس 2021 تم نشر النتائج. في تجربة تطور مخبرية أجراها البروفيسور شرايبر وزملاؤه، تم تحديد طفرتين في موقع ارتباط فيروس كورونا بمستقبل في الجهاز التنفسي البشري، مما يجعله شديد العدوى. بعد حوالي ثلاثة أشهر، اكتُشف فيروس أوميكرون لأول مرة في جنوب إفريقيا، وعند تحديد تسلسله الجيني، وُجدت نفس الطفرتين تمامًا. في تلك اللحظة، أدرك البروفيسور شرايبر أن طريقة التطور المخبري التي أتقنها في مختبره يمكن استخدامها للتنبؤ بنقاط التحول في مسار الأوبئة.
يتطور التطور عبر الطفرات والانتخاب الطبيعي. وللبقاء والانتشار، تتكاثر الفيروسات بسرعة، متراكمةً أخطاءً جينية ومُنتجةً سلالات جديدة. في الدراسة الجديدة، قام العلماء بنسخ جين موقع ارتباط فيروس كورونا بآلية عُرضة للأخطاء المتكررة، مُحاكيين بذلك ظهور الطفرات بسرعة فائقة. وباستخدام خلايا خميرة مُعدلة وراثيًا، عرضوا ملايين السلالات المختلفة التي تم الحصول عليها على مستقبلات بشرية، وكما هو الحال في الانتخاب الطبيعي، اختاروا فقط تلك التي لا تزال ترتبط بالمستقبلات. كرر العلماء الطفرة والاختيار مرارًا وتكرارًا، مُعيدين بذلك تطوير العلاقة بين الفيروس والإنسان طوال فترة الجائحة.
"بغض النظر عن أي نسخة من الفيروس بدأنا بها، وتحت ضغط انتقائي قوي، ظهر نوع يشبه إلى حد كبير فيروس ميكرون في وقت مبكر وسرعان ما سيطر على جميع السكان."
ضغط مخاطي قوي وضعيف
انطلقت تجربة التطور المختبري من سلالة ووهان الأصلية والعديد من السلالات المتحورة التي ظهرت خلال الجائحة، مثل ألفا وبيتا وأوميكرون. درس العلماء كيفية تغير موقع ارتباط هذه السلالات في سيناريوهين: ضغط انتقائي قوي وضغط انتقائي ضعيف. الضغط الانتقائي القوي هو حالة لا ينجو فيها سوى عدد قليل من الفيروسات في كل مرحلة من مراحل التطور، وبالتالي تصبح الطفرات التي تمنح ميزةً ما سائدةً بسرعة. أُجريت التجربة التطورية التي تحاكي هذه الحالة في معهد وايزمان، بقيادة أفيف شوشاني من فريق البروفيسور شرايبر. أما في حالة الضغط الانتقائي الضعيف، فتنجو نسخ متنوعة من الفيروس، وتزداد الطفرات المفيدة لكنها لا تسيطر على الوضع. وقد قام روجين تيان، والدكتور ميغيل باديلا بلانكو، والدكتور مارتن موكريس من فريق الدكتور زاهاردنيك في جمهورية التشيك بمحاكاة هذه الحالة.
يوضح البروفيسور شرايبر قائلاً: "بغض النظر عن أي نسخة من الفيروس بدأنا بها، وتحت ضغط انتقائي قوي، ظهر متحور مشابه جداً لفيروس أوميكرون في وقت مبكر وسرعان ما انتشر بين جميع السكان. وقد لوحظ المسار نفسه تماماً في جائحة فيروس كورونا، التي لم تشهد أي تحول آخر منذ ظهور فيروس أوميكرون وانتشاره في أواخر عام 2021. في الواقع، تمكنا من محاكاة مسار تطور فيروس كورونا بدقة بين مليارات الأشخاص على مدى ثلاث سنوات، في تجارب مخبرية استمرت بضعة أشهر."
يتوقع البروفيسور شرايبر أن "بعض الأوبئة القادمة التي ستنتقل من الحيوانات إلى البشر قد تتطور وفق مسار مماثل - تطور متسارع ينتهي بظهور نسخة من الفيروس مُتكيفة خصيصًا للارتباط بمستقبلات بشرية، وتكون شديدة العدوى، وتسيطر على الوضع". ويضيف: "لقد درسنا إمكانية حدوث ذلك مع فيروس سارس (SARS-CoV-1)، الذي شهد تفشيًا محدودًا في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. عندما قمنا بتطويره في المختبر تحت ضغط انتقائي عالٍ، سيطرت بسرعة نسخة ترتبط بكفاءة عالية بمستقبلات الجهاز التنفسي. والخبر السار هو أنه بفضل التشابه مع جائحة فيروس كورونا، ربما نتمتع بمناعة جزئية".
لغز أوميكرون
لم يُلاحظ المسار التطوري الذي أدى في النهاية إلى سيطرة فيروس أوميكرون في ظل ضغط انتقائي ضعيف، وقد كشفت المحاكاة الحاسوبية السبب. ففي عملية الطفرة، قد تظهر عدة طفرات معًا. إذا منحت إحداها النسخة الجديدة من الفيروس ميزة البقاء وساعدتها على السيطرة على المجموعة، فإن طفرات أخرى غير مفيدة، بل وربما ضارة، قد "تستحوذ" عليها وتنتشر معها. أظهرت المحاكاة أنه في ظل ضغط انتقائي قوي، تكفي الطفرات المفيدة للسيطرة قبل تراكم الطفرات الأخرى. في المقابل، عندما يكون الضغط الانتقائي ضعيفًا، تجر الطفرات المفيدة معها العديد من الطفرات الأخرى، مما يُضعف ميزتها.
لا يزال أصل فيروس أوميكرون لغزًا حتى يومنا هذا، نظرًا لاختلافه الجيني الكبير عن متحورات فيروس كورونا الأخرى. ولأن الجهاز المناعي يتخلص من الفيروس بسرعة لدى الأصحاء، فإنه لا يملك الوقت الكافي لتراكم العديد من الطفرات، لذا يُفترض أن أوميكرون نشأ لدى الأفراد الذين يعانون من ضعف المناعة، والذين استمر المرض لديهم لعدة أشهر. يوضح البروفيسور شرايبر: "لكي يبقى الفيروس حيًا في أجسامهم، عليه أن يكافح مرارًا وتكرارًا ما تبقى من نشاط جهاز المناعة لديهم، وأن ينجح في إصابة مستقبلات الجهاز التنفسي. هذه ظروف ضغط انتقائي عالٍ، وتُظهر دراستنا أنها ضرورية لظهور أوميكرون، مما يُعزز فرضية نشأته لدى الأفراد الذين يعانون من ضعف المناعة. وهذا يُؤكد أهمية علاج أمراض ضعف المناعة، مثل الإيدز، قبل تفشي أي جائحة عالمية، وكذلك حماية الأفراد الذين يعانون من ضعف المناعة من العدوى والأمراض المزمنة."
للتقييد أو للتهرب
ثلاثة عوامل رئيسية تحدد بقاء الفيروس في جسم الإنسان: قدرته على العدوى، واستقراره البنيوي، وقدرته على التهرب من الجهاز المناعي، لكن التوازن بين هذه العوامل كان مجهولاً. يقول البروفيسور شرايبر: "في تجربتنا التطورية، اخترنا في كل مرحلة السلالات التي ترتبط بقوة بالمستقبل البشري، وتحت ضغط انتقائي قوي، اشترطنا أيضاً أن تظل مستقرة في درجات حرارة عالية. ورغم أنه لم يكن مطلوباً منها التعامل مع الجهاز المناعي على الإطلاق، إلا أن معظم الطفرات المميزة للميكروب ظهرت. وهذا يدل على أن تطور فيروس كورونا كان يركز بشكل أساسي على تحسين قدرته على العدوى. ومع ذلك، فقد حددنا باستخدام قواعد البيانات أنه مع تطعيم السكان، بدأ الفيروس في تراكم طفرات "مُوازنة" - وهي الطفرات التي تُوازن بين قدرته على العدوى والتهرب من الجهاز المناعي."
يؤكد قائلاً: "يمكن تطبيق أسلوب التطور المختبري الذي أتقنّاه في المستقبل على فيروسات أخرى مثيرة للقلق. إذ يُمكننا عزل بروتين فيروسي ودراسة كيفية تغيره في سيناريوهات مختلفة. تُتيح لنا التجربة التي عرضناها تحديد السلالات الخطيرة التي ستنتشر مُسبقًا، وتُمكّننا من تركيز جهودنا على محاولة منع الظروف التي تُؤدي إلى انتشارها والاستعداد لها في الوقت المناسب."
وشملت الدراسة أيضًا آدم هروشكا، وأديتي كونر، والدكتورة كاترينا باكسوفا من جامعة تشارلز في براغ، جمهورية التشيك، والدكتور إيال زولر من قسم العلوم الجزيئية الحيوية بالمعهد.
أسئلة وأجوبة مختصرة
ما الذي استطاع الباحثون فعله في الدراسة؟
قام الباحثون بمحاكاة تطور موقع ارتباط فيروس كورونا في المختبر، وأعادوا بناء مسار أدى إلى ظهور متغير مشابه جدًا لـ micron.
لماذا يُعدّ البحث مهماً؟
إنها توفر طريقة لدراسة كيفية تغير الفيروسات مسبقاً في ظل ظروف مختلفة، مما يساعد على الاستعداد للأوبئة المستقبلية.
ما هو ضغط الانتقاء القوي؟
هذا وضع لا ينجو فيه سوى عدد قليل من سلالات الفيروس في أي مرحلة معينة. في ظل هذه الظروف، يمكن للطفرات التي تمنح الفيروس ميزة أن تسيطر بسرعة.
ما علاقة ذلك بشركة أوميكور؟
أظهرت الدراسة أنه في ظل ظروف ضغط الانتقاء القوي، ظهر متغير يشبه أوميكرون بسرعة، وهي نتيجة تعزز الفرضية القائلة بأن أوميكرون تطور في بيئة كان الفيروس فيها مطالبًا بالتكيف بشكل متكرر.
هل يمكن استخدام هذه الطريقة أيضاً مع فيروسات أخرى؟
ووفقاً للباحثين، يمكن أيضاً تطبيق طريقة التطور في المختبر على فيروسات أخرى مثيرة للقلق.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
