Skip to content

סמינריון- השפעת מערכת החיסון על היווצרות מוטציות

עבודת מחקר- השפעת מערכת החיסון על היווצרות מוטציות

מגיש:

תאריך:

סקירת ספרות

התפתחות הנגיף

מגיפת sars-cov-2 התרחשה בכמה שלבים מאז הופעת הנגיף לראשונה בסין בסוף שנת 2019. באירופה, התפרצות הנגיף הייתה באביב של שנת 2020, ואחריה הייתה ירידה במספר ההידבקויות ומקרי המוות. על פי חלק מאנשי המקצוע שטיפלו בנגיף הקורונה במהלך השלבים הרצופים של ההתפרצות, ההערכה היא כי הנגיף התפתח לפנוטיפ מתון יותר מסוף מאי 2020. מספר גורמים שאינם תלויים בנגיף היו עלולים להשפיע על שיעור ההרוגים ומספר מקרי המוות. בתחילת 2020 יכולות הבדיקה והזיהוי לא היו מפותחות בצורה טובה, השימוש במסכות לא היה נפוץ והשימוש בהן הפך לנפוץ מאוחר יותר, מה שאולי העלה את החסינות הטבעית לנגיף והפחית את חומרת המקרים (Banoun, 2021).

ההתפרצות של הנגיף הייתה מאוד מהירה באופן יחסי, בתוך מעט יותר משנה נפוצה מגפת הקורונה לכל יבשת, וגרמה ל 98 מיליון מקרים מאושרים ולמעלה משני מיליון מקרי מוות. ההתקדמות בפיתוח החיסונים לנגיף הייתה מהירה אף היא, כאשר הניסויים הקליניים החלו חודשים ספורים לאחר המיפוי הראשוני של הגנום של הנגיף. נכון לעכשיו, מספר חיסונים כבר מורשים לשימוש או נמצאים בשלב ניסויי מתקדם. רובם משתמשים בחלבון גליקופרוטאין לפיתוח החיסון, באמצעות וקטור אדנו וירוס, או באמצעות הזרקת החלבון עצמו. במקביל להתפתחות מהירה של החיסונים, מאמצים נרחבים של ריצוף הגנום סיפקו יותר מ- 360000 רצפי sars-cov-2, וזאת בזכות היוזמה העולמית לשיתוף כל פלטפורמת נתוני השפעת. ריצוף זה אפשר לחוקרים לעקוב אחר התפשטות המוטציות השונות של הנגיף בעולם. נראה כי מוטציות מסוימות בנגיף מספקות יתרונות לנגיף, ומקלות על התפשטות מהירה יותר של מוטציות מסוימות. מספר מחקרים העלו תובנה לגבי הקשר בין השונות הגנומית של sarscov-2 לבין התגובה החיסונית של המארח, שונות זו שיש בה כדי להשפיע על יעילותם של חיסונים שפותחו לאחרונה (Williams, & Burgers, 2021).

מקורו של sarscov-2 הוא ככל הנראה בעטלפים, שם הוא התפתח, ובסופו של דבר עבר לבני אדם, ישירות או דרך מארח ביניים. העברה מתמשכת בין אדם לאדם הביאה להתפשטות עולמית של הנגיף, מה שגרם למשבר בריאותי עולמי חסר תקדים. למרות שרוב המקרים של הם יחסית קלים, חלק ניכר מהחולים סובלים ממחלה קשה, לעיתים קרובות קטלנית, המאופיינת בתסמונת מצוקה נשימתית חריפה. הן פתולוגיית ריאות הנגרמת על ידי הנגיף, והן תגובות יתר חיסוניות, תורמות לחומרת המחלה (Forni, Cagliani, Pontremoli, Mozzi, Pozzoli, Clerici, & Sironi, 2020).

ראיות רבות מצביעות על כך כי נגיפי הקורונה יכולים לעבור בקלות בין מינים שונים של בעלי חיים, ובעלי פוטנציאל הדבקתי גבוה. למדע ידוע כי ישנם שבעה סוגים של נגיפי קורונה שמדביקים בני אדם, וכולם מקורם בבעלי חיים. בין אלה, hcov-oc43, hcov-hku1, hcov-nl63 ו- hcov229e שמסתובבים כבר עשרות שנים באוכלוסיות אנושיות ולרוב גורמים למחלות קלות בלבד, לכן הם מקוטלגים כ”הצטננות” קלה. לעומת זאת, mers-cov  ו sars-cov, שהופעתם בשנות האלפיים קדמה לזו של סארס-קוב-2, sars-cov-2, עלולים לגרום למחלות קשות ולתסמונת מצוקה נשימתית אצל חלק לא מבוטל מהחולים. כמו כל סוגי נגיפי הקורונה, לנגיפי הקורונה שמדביקים בני אדם יש גנום RNA. שני שלישים מהגנום של נגיף הקורונה תופסים שתי מסגרות קריאה פתוחות גדולות חופפות שמתורגמות לפוליו-פרוטאינים. אלה האחרונים מעובדים ליצירת 16 חלבונים לא סטרוקטורליים (Forni, Cagliani, Pontremoli, Mozzi, Pozzoli, Clerici, & Sironi, 2020).

מוטציות של SARS-Cov-2

נראה כי הופעת הנגיף הייתה כבר בסוף קיץ 2019 בסין וכי הנגיף נכנס למערב כבר באוקטובר 2019, וזאת בהתבסס על ניתוח מוטציות של הנגיף. המחלה התפשטה ברחבי העולם ככל הנראה מראשית המגפה. השערה אחת על מקורו של נגיף ה sars-cov-2, היא כי הוא נגזר מנגיף שהופיע במכרה בסין בשנת 2012, נאסף במעבדה, וייתכן שהוא דלף מהמעבדה במהלך מניפולציות בשנת 2018 או 2019. השערה זו יכולה להסביר את קיום הנגיף בציבור לפני ההתפרצות הגדולה, בתקופה מוקדמת זו הנגיף יכול היה לעבור מוטציות שלא זוהו, לפיכך, המוטציות מתקופה מוקדמת זו יהיו חסרים בארכיונים של המגיפה, והמוטציות שהתרחשו בתקופה זו ייעלמו מהתיעוד. יתר על כן, רק כמה עשרות אלפי רצפים נותחו מתוך 34 מיליון המקרים החשודים של הנגיף. מבין 295,000 הרצפים שפורסמו, מיעוט נותחו על משמעותם הביולוגית והאבולוציונית. לכן יהיה צורך לעקוב אחר הפרסומים על רצפים חדשים בשלב הבאים (Banoun, 2021).

המוטציות המסוכנות ביותר קיימות בחלבון ה- Spike הנגיפי, וכוללות מוטציות בולטות בתחום קשירת הקולטן (RBD), ותחום ה- N-terminal (NTD). כמה ממוטציות אלה משפיעות ישירות על זיקה של קשרי קולטן ACE2, אשר עשויות להשפיע על זיהומיות, עומס נגיפי או עד כמה שהמוטציה תהיה מדבקת. כמה מהמוטציות נקשרו גם למנגנונים האחראים על נטרול נוגדנים, ולכן חשוב להתייחס עד כמה המוטציות הקשורות לגרסאות משפיעות על חסינות טבעית ועל חיסון שמפותח במעבדה. מוטציות בולטות שהתגלו עד כה הן הגרסא b.1.1.7 , והגרסאות – b.1.351 ו- p.1 (Tarke, Sidney, Methot, Zhang, Dan, Goodwin, & Sette, 2021).

מספר דיווחים בספרות המחקר מתייחסים להשפעה של מוטציות אלה על נוגדנים לנגיף ותפקודם, על ידי תגובות נוגדנים חד-שבטיים או נוגדנים רב-קלונליים, ושוקלים הן בזיהום טבעי והן בחיסון. באופן כללי, ההשפעה של המוטציה בגרסא b.1.1.7 על ניטרול נוגדנים היא בינונית, לעומת זאת, המוטציות הקשורות בגרסא של- b.1.351 ו- p.1. קשורות לאובדן בולט יותר של יכולת הנטרול של הנוגדנים. באשר לתגובות החיסון למוטציות אלה, חיסון אסטראזניקה צ’אדוקס, נקשר לאובדן חלקי של פעילות נוגדנים מנטרלת כנגד מוטציות אלה, ואובדן גדול של פעילות מנטרלת כנגד. מה שעולה בקנה אחד עם דיווחים אלה, הוא שהחיסון של צ’אדוקס 1 שומר על יעילות מול המוטציה b.1.1.7, אך יש לו אובדן משמעותי ביעילות כנגד המוטציה b.1.351. עדויות אפידמיולוגיות עדכניות הן כי החיסון של חברת פייזר שומר על יעילותו כנגד b.1.1.7 בבריטניה ובדיווחים מישראל. החיסון של נווואקס, nvxcov2373, מראה חסינות מגנה מבדלת נגד שני הזנים, b.1.1.7 ו- b.1.351 בניסויים קליניים בחיסונים, ואילו החיסון הנסן, janssen, במינון אחד, מראה חסינות נמוכה יותר כנגד נטרול נוגדנים כנגד המוטציה הגרסא b.1.1.7 , אך בעל חסינות טובה כנגד – b.1.351 (Tarke, Sidney, Methot, Zhang, Dan, Goodwin, & Sette, 2021).

מוטציות של SARS-Cov-2 הקשורות למערכת החיסון

מאז פרוץ מגפת הקורונה בשנת 2019, מספר מחקרים בספרות המחקר של ביקורת עמיתים (peer reviewed), בדקו ודיווחו על המאפיינים הוויראולוגיים, האפידמיולוגיים והקליניים של נגיף הקורונה, SARS-CoV-2. עד כה, 25 מחקרים חקרו וזיהו אפיטופים של תאי T שמקורם ב- SARS-CoV-2 בבני אדם, וחקרו גם מוטציות שמקורם במערכת החיסונית. מחקר אחד ביצע סקירה תימטית של המחקרים האחרונים, כיצד הם בוצעו, וממצאיהם. אפיטופים שזוהו ברחבי פרוטאום SARS-CoV2 חושפים מתאם משמעותי בין מספר האפיטופים שהוגדרו לבין גודל מקור האנטיגן. כמו כן, ניתוח נוסף של נתוני ה- SARS-CoV-2 האנושיים CD4 ו- CD8 T-epitope שנאספו ממחקרים אלה, זיהו 1400 אפיטופים מסוג SARS-CoV-2 שדווחו, וחשפו מוטציות נפרדות של הנגיף ואפיטופים, שעמידים יותר בפני החיסונים שפותחו. למגוון הגדול הזה של רפרטואר האפיטופים יש השלכות על תכנון החיסון, ריאקטיביות צולבת ועל העמידות החיסונית של מוטציות הנגיף SARS-CoV-2 (Grifoni, Sidney, Vita, Peters, Crotty, Weiskopf, & Sette, 2021).

לפי מחקר אחד בנושא, הופעתם של גרסאות של הנגיף SARS-CoV-2 המבוססות על מוטציות בחלבון הספייק (spike), עוררה חשש מפני מוטציות בנגיף המבוססות על מערכת החיסון האנושית. חוקרים גילו תגובות חיסוניות הומורליות ותאיות בסוגי מוטציות של הווירוס SARS-CoV-2 בגרסאות B.1.1.7 ו- B.1.351 בקבוצה של 121 עובדי שירותי בריאות שהיו מחוסנים לנגיף. עשרים ושלושה עובדי בריאות התאוששו ממחלת COVID-19 קלה והציגו תגובת זיכרון עם רמות גבוהות של נוגדנים פונקציונליים ספציפיים ל- SARS-CoV-2 והיו להם תאי T ספציפיים לנגיף לאחר חיסון יחיד. תגובות חיסוניות ספציפיות התגלו גם אצל עובדי בריאות סרונגטיביים לאחר חיסון אחד, אך נדרשה מנה שנייה בכדי להגיע לרמות גבוהות של נוגדנים פונקציונליים ותגובות חיסוניות תאיות בכל האנשים (Geers, Shamier, Bogers, den Hartog, Gommers, Nieuwkoop, & GeurtsvanKessel, 2021).

נוגדנים שמקורם בחיסון הצליחו לנטרל את הגרסאות של המוטציות B.1.1.7 ו- B.1.351, אך יכולת הנטרול והפונקציונליות בתיווך Fc (Fragment crystallizable ) כנגד B.1.351 היו נמוכות באופן קבוע פי 2 עד 4 לעומת הנגיף ההומולוגי. בנוסף, תאים חד-גרעיניים בדם הומרו עם ריכוזי פפטיד המשתרעות על אזורי הספייק (spike),של המוטציות B.1.1.7 ו- B.1.351 כדי לזהות תגובה של תאי T ספציפיים ל- SARS-CoV-2 עם וריאציות. חשוב לציין, שלא נצפו הבדלים בהפעלת CD4 + Tcell בתגובה לאנטיגנים משתנים, דבר המצביע על כך שחלבוני B.1.1.7 ו- B.1.351 S אינם חסרי חסינות בתיווך תאי T שעורר החלבון מסוג S פראי. ולכן, גרסאות מסוימות של המוטציות יכולות לחמוק באופן חלקי מחסינות הומורלית הנגרמת על ידי זיהום SARS-CoV-2 או חיסון BNT162b2, אך הפעלת תאי T מסוג CD4 + ספציפי ל- S אינה מושפעת מהמוטציות ב- B.1.1.7 ו- B. .1.351 (Geers, Shamier, Bogers, den Hartog, Gommers, Nieuwkoop, & GeurtsvanKessel, 2021).

בנוסף לכך, המחקר של באנון (Banoun, 2020) מראה שעל ידי לימוד מוטציות C> T בגנום של הנגיף, שכ- 65% מוטציות אלה נגרמים על ידי התגובה החיסונית של המארח: מערכת APOBEC (אנזים עריכת mRNA אפוליפופרוטאין B, דמוי פוליפפטיד קטליטי) עורכת את הגנים הנגיפיים ובתמורה, מוטציות T> C נגרמות על ידי מנגנון ההגנה של הנגיף. יחס C> T זה עולה עם הגיל, כלומר שאנשים מבוגרים מושפעים יותר, ועשוי להסביר גם את ההבדלים ברמת הזיהום של האוכלוסיות השונות, אפריקאים ואוקיאנים מושפעים פחות ממוטציה זו והמגיפה באזור הגיאוגרפי שלהם הייתה פחות חמורה ממקומות אחרים.

הטייה זו בתגובה למוטציה יכולה להיות דרך להחלשת הנגיף באמצעות חיסון מופחת. ישנו עודף של מוטציות בחלבונים NSP1 ו- NSP2 וב- ORF3a, ORF8b ו- ORF14, המעורבים באינטראקציות בין המארח לוירוסים, בהשוואה למוטציות אחרות. הספייק, חלבון M הקרום ו- RdRp , RNA תלוי RNA פולימראז ויראלי = NSP12, מראים שיעור נמוך יותר של מוטציות בעלות חסינות מאשר לאחרים: זה נובע מאפקט הבחירה המטהר בהתחשב בחשיבותו של RdRp לביולוגיה של SARS-CoV-2 (Banoun, 2021).

החלבון NSP1 מאפשר התחמקות מחיסון מהנגיף, ומוטציה במיקום זה יכולה להפוך את הנגיף לפגיע לאיחוי חיסוני. NSP1 ממלא תפקיד בעיכוב ביטוי RNA מארח, ובתגובת IFN-ß. לאנשים חשופים ולא חשופים יש תגובת תאי T שונה לחלבון NSP1. NSP3 יכול להיות מעורב בדלקת הציטוקינים המשחררת שנצפתה במקרי COVID חמורים. חלבון זה יתקשר עם הדלקת, קומפלקס החלבון המעורב בדלקת ובחסינות מולדת, ובמיוחד בחלקו ההיפר משתנה. הביטוי של חלבון NSP3 במקרופאגים המופעלים על ידי IFN, אינטרפרון, יקדם בעקיפין ביטוי פרו דלקתי ממושך של גנים מגורים ב- IFN. זה יתרום בעליית הציטוקינים האופיינית למקרים חמורים של COVID-19 (Banoun, 2021).

מחקר נוסף בדק את התפתחותם של מוטציות שמקורם במערכת החיסון. לפי המחקר, חסינות תאי CD8 + בפני SARS-CoV-2 הייתה מעורבת בחומרת ובבקרת הנגיף, אם כי עד כה חסרות ראיות ישירות לכך. במחקר זוהו מוטציות שונות ב- MHC-I אפיטופים של תאי CD8 + T , שהוגדרו לאחר ריצוף עמוק של 747 מוטציות של נגיף הקורונה. מוטציות פפטידים הציגו קשירת MHC-I עם אפקט מופחת או מבוטל, אשר נקשרו לאובדן הכרה ותגובות פונקציונליות על ידי תאי CD8 + T מבודדים, מחולי COVID-19. הממצאים של המחקר מדגישים את היכולת של SARS-CoV-2 להיות אדפטיבי לתאי CD8 + T של מערכת החיסון, באמצעות מוטציות באפיטופים נגיפיים המוגבלים ב- MHCI. מחקר זה מספק ראיות לחסינות תאי CD8 + T בפני השפעת – SARS-CoV-2 (Agerer, Koblischke, Gudipati, Smyth, Popa, Genger, & Bergthaler, 2020).

ולכן, דברים אלה מובילים אותנו לשאלה המחקרית:

כיצד ניתן לראות את השפעת מערכת החיסון על היווצרות מוטציות SARS-Cov-2 ועל התפשטותם בעולם ובמהלך הזמן?

מקורות

Agerer, B., Koblischke, M., Gudipati, V., Smyth, M., Popa, A., Genger, J. W., & Bergthaler, A. (2020). SARS-CoV-2 escapes CD8 T cell surveillance via mutations in MHC-I restricted epitopes. BioRxiv.

Banoun, H. (2021). Evolution of SARS-CoV-2: Review of Mutations, Role of the Host Immune System. Nephron, 1-12.

Forni, D., Cagliani, R., Pontremoli, C., Mozzi, A., Pozzoli, U., Clerici, M., & Sironi, M. (2020). Antigenic variation of SARS‐CoV‐2 in response to immune pressure. Molecular ecology.

Geers, D., Shamier, M. C., Bogers, S., den Hartog, G., Gommers, L., Nieuwkoop, N. N., & GeurtsvanKessel, C. H. (2021). SARS-CoV-2 variants of concern partially escape humoral but not T-cell responses in COVID-19 convalescent donors and vaccinees. Science Immunology6(59).

Grifoni, A., Sidney, J., Vita, R., Peters, B., Crotty, S., Weiskopf, D., & Sette, A. (2021). SARS-CoV-2 Human T cell Epitopes: adaptive immune response against COVID-19. Cell Host & Microbe.

Tarke, A., Sidney, J., Methot, N., Zhang, Y., Dan, J. M., Goodwin, B., & Sette, A. (2021). Negligible impact of SARS-CoV-2 variants on CD4+ and CD8+ T cell reactivity in COVID-19 exposed donors and vaccinees. Biorxiv.

Williams, T. C., & Burgers, W. A. (2021). SARS-CoV-2 evolution and vaccines: cause for concern?. The Lancet Respiratory Medicine9(4), 333-335.

סיוע בעבודות אקדמיות
סיוע בעבודות סמינריון