Wat beïnvloedt het tempo waarin het coronavirus muteert?

06-03-2021 08:00

Categorie: Wetenschap

Wat beïnvloedt het tempo waarin het coronavirus muteert?

Foto: Nina van Ooijen, Redactie: Iza Oosterbosch

 

Hoewel virussen door veel biologen niet echt als levensvormen worden gezien, kunnen ze net als levende cellen muteren en zich verder ontwikkelen door voortdurend nieuwe varianten te creëren.

 

Daarbij treden mutaties op, kleine veranderingen in de genetische code van het virus, en die veranderingen kunnen het virus helpen om menselijke cellen gemakkelijker binnen te dringen en ons immuunstelsel te omzeilen. Drie van de mutaties die zich in het SARS-CoV-2-virus hebben voorgedaan, waren voor experts aanleiding om te pleiten voor extra maatregelen tegen de verspreiding van het coronavirus. “Een virus verandert voortdurend, omdat zijn biologie dat voorschrijft,” zegt Simon Anthony, viroloog en expert op het gebied van infectieziekten aan de University of California in Davis.

Replicatie van de genetische code
Een succesvol virus is een virus dat erin slaagt méér kopieën van zichzelf te maken dan andere versies. Daartoe hecht een virus zich aan een cel en stort er zijn genetisch materiaal in uit. Binnenin wordt de cellulaire machinerie door het virusmateriaal gekaapt, zodat het virus een nieuwe generatie afstammelingen kan produceren. Maar telkens wanneer het virus zichzelf kopieert, bestaat er de kans op kleine typefoutjes of mutaties in de lange reeks ‘letters’ waaruit een DNA- of RNA-streng bestaat.

De meerderheid van deze mutaties zijn schadelijk voor het virus of de gastheer, waardoor deze typefouten zichzelf niet verder vermeerderen. Veel andere mutaties zijn ‘neutraal’, in de zin dat ze geen gevolgen hebben voor de manier waarop het virus of de gastheercel zichzelf vermeerdert. Dat soort mutaties kunnen zich soms door toeval verder verspreiden onder een populatie die die nog niet aan andere varianten van het virus is blootgesteld. Slechts een paar mutaties blijken gunstig te zijn voor een virus of zijn gastheercel.

Door sommige veranderingen wordt een virus bijvoorbeeld beter in het overspringen van de ene gastheer op de andere, waardoor het varianten in zijn omgeving kan verdringen. Wetenschappers denken dat deze variant ongeveer 50 procent besmettelijker is dan eerdere vormen van het virus, waardoor het duidelijk een voorsprong heeft op zijn evolutionaire concurrenten.

Tempo van evolutie
Mutaties doen zich op willekeurige momenten voor, maar het tempo waarin dat gebeurt, is niet willekeurig maar afhankelijk van het virus zelf. De enzymen met behulp waarvan het DNA van een virus wordt gekopieerd, DNA-polymerase, kunnen de gekopieerde DNA-strengen ‘doorlezen’ en er typefouten uit halen, waardoor elke generatie van kopieën maar weinig mutaties bevat. Maar RNA-virussen, waaronder ook SARS-CoV-2, zijn de evolutionaire gokkers van deze microscopische wereld. Coronavirussen hebben een iets lager mutatietempo dan de meeste andere RNA-virussen, omdat ze in staat zijn wat licht ‘redactiewerk’ uit te voeren.

Het werkelijke tempo waarin een virus muteert, is lastig te meten. “De meeste van die mutaties blijken dodelijk voor het virus te zijn, dus die zul je nooit actief zien groeien en zich ontwikkelen binnen de viruspopulatie,” zegt Mansky. In plaats daarvan kan de zogenaamde ‘fixatiesnelheid’ van een virus worden bepaald aan de hand van genetisch onderzoek onder patiënten. Hoe meer een virus zich kan verspreiden, des te meer kansen het heeft om kopieën van zichzelf te maken en des te hoger is zijn ‘fixatiesnelheid’ en de snelheid waarmee het zich verder ontwikkelt, zegt Duffy.

Sommige wetenschappers denken dat een chronisch zieke patiënt het virus langere tijd de gelegenheid heeft gegeven om zichzelf te kopiëren en daarbij te muteren en dat de variant zich vervolgens onder druk van het gebruik van bloedplasma van herstelde patiënten verder heeft ontwikkeld. Volgens Duffy was niet elke mutatie van deze variant gunstig voor het virus, maar sommige stelden de stam in staat om zich sneller te verspreiden.

Universum van virussen
De evolutie wordt voortgedreven door mutaties, maar deze typefouten zijn niet de enige manier waarop een virus in de loop der tijd kan veranderen. Wanneer de viruskopieën in hun eiwitcapsules worden ingepakt, kunnen de RNA-segmenten waaruit ze zijn voortgekomen vermengd raken en als Legoblokjes opnieuw worden gerangschikt. Door dit proces kan de werking van een virus heel snel veranderen of ‘verschuiven’.

Wat is een virus?
Virale uitbraken kunnen binnen enkele dagen een dodelijke pandemie worden. Maar in tegenstelling tot griepvirussen zijn coronavirussen niet in segmenten ingedeeld die opnieuw kunnen worden gerangschikt. Met behulp van de enzymen die kopieën van het virus maken, worden daarbij segmenten van het genoom van één bepaald virus ontrafeld en gespleten en vervolgens verbonden met het genoom van een ander virus. Wetenschappers weten nog niet precies of dit proces een belangrijke rol speelt in de evolutie van het SARS-CoV-2-virus.

Meer inzicht in de dynamiek van SARS-CoV-2 is van vitaal belang om ervoor te zorgen dat behandelingen en vaccins het ontwikkelingstempo van het virus bijhouden. Voorlopig zijn de nu beschikbare vaccins werkzaam tegen de ernstiger symptomen van alle virusvarianten. Door deze hiaten op te vullen kunnen we de mens in de toekomst beter beschermen. “Als wereldwijde samenleving willen we niet dat dit opnieuw gebeurt,” zegt Mansky.