Denník N

Genetik: Koronavírus mutuje pomalšie ako chrípka, no je omnoho smrteľnejší

Tomáš Szemes v laboratóriu so slovenským testom na nový koronavírus, ktorého je spoluautorom. Foto – archív T. S.
Tomáš Szemes v laboratóriu so slovenským testom na nový koronavírus, ktorého je spoluautorom. Foto – archív T. S.

Genóm je encyklopédia plná informácií o každom z nás. Rovnako je na tom aj genóm nového koronavírusu. Genetik a molekulárny biológ Tomáš Szemes, ktorý sa venuje jeho čítaniu, rozpráva o tom, ako vieme tieto informácie využiť v náš prospech.

V rozhovore sa dozviete:

  • ako rýchlo nový koronavírus mutuje a či to ovplyvní vývoj vakcíny;
  • či sa slovenský koronavírus líši od toho v USA;
  • na ktoré ďalšie orgány môže teoreticky zaútočiť;
  • náchylnosť na ktoré choroby vieme vyčítať z ľudskej DNA;
  • nakoľko „nezvratný“ je osud zapísaný v našich slinách.

Tento článok si môžete prečítať vďaka ESET Science Award – oceneniu, ktoré podporuje výnimočnú vedu na Slovensku. 

V súvislosti s pandémiou koronavírusu je slovné spojenie „sekvenovanie genómu“ asi pomerne známejšie ako pred ňou, ale ako by ste ho vysvetlili jednou vetou?

Je to čítanie nukleovej kyseliny – či už DNA, alebo v prípade toho vírusu RNA – písmenko po písmenku.

Koľko písmen má taký vírus?

V prípade koronavírusov je genóm tvorený jednou molekulou s dĺžkou približne 30-tisíc nukleotidov.

Ako dlho trvá prečítať tých 30-tisíc písmen?

Prvá sekvenačná metóda vznikla v 80. rokoch minulého storočia. Dnes dokážeme analýzu od biologickej vzorky po kompletný osekvenovaný genóm vykonať povedzme za týždeň. V minulosti to však bolo ďaleko prácnejšie a sekvenovanie vírusov trvalo aj dva roky.

Čo sa dá zistiť z genetickej informácie nového koronavírusu?

Sekvenovanie nám definitívne potvrdilo, že „hups, máme tu nový vírus“. Táto genomická informácia sa ešte v januári využila na návrh prvých jednoduchých molekulárnych testov. Vďaka nim sa dali spoľahlivo identifikovať nakazené osoby. To bol základ pre rutinné testovanie po celom svete.

Nestačí genóm prečítať raz? Načo je dobré, aby ich bolo čo najviac?

Na to, že sa snažíme sledovať, ako sa genóm mení a či tie molekulárne testy stále dobre fungujú a netreba ich redizajnovať. Vďaka informáciám o genóme a o tom, odkiaľ izoláty pochádzajú, vieme zistiť aj to, ako vírusy cestujú a ktoré sú úspešnejšie v boji o hostiteľa.

Vieme tieto informácie využiť aj v priamom boji proti vírusu?

Áno, sú základom pre návrh špecifického druhu vakcín. Momentálne sa zdá, že práve tie budú na trhu prvé. Ide o takzvané mRNA vakcíny, ktoré potrebujú osekvenovanú genomickú informáciu nielen z toho prvého izolátu, ale takpovediac z celej populácie. Len tak je možné navrhnúť a vytvoriť efektívne vakcíny, ktoré budú fungovať aj na novšie formy vírusu, ktoré sa objavili a presadili po celom svete.

Podľa novej štúdie sa v USA rozšírila nová mutácia, ktorá je nákazlivejšia. Nevyvoláva však ťažšiu formu ochorenia ako predchádzajúce variácie. Je to veľký problém?

Táto významná práca hovorí o mutácii v géne pre proteín S, ktorá sa objavila ešte v relatívnom začiatku pandémie. Zdá sa, že momentálne tvorí veľkú časť nových infekcií. U vedcov vznikol predpoklad, že práve táto zmena viedla k vyššej infekčnosti vírusu.

Aká zmena alebo mutácia to je?

Nerád používam slovo mutácia, lebo ľudia si pri tom predstavujú príšery z amerických filmov. Ide o zmenu, respektíve variant v hrotovom proteíne S (z anglického spike – pozn. red.), ktorým sa vírus prichytáva na bunku, a genetická informácia preniká do jej vnútra. Táto zmena, ako to autori vysvetľujú v štúdii, mohla viesť k zvýšenej priľnavosti vírusu na bunkový proteín ACE2 a zvýšenej infekčnosti.

Koľko mutácií nového koronavírusu poznáme?

Pomerne dosť. Je tu jedna významná vetva, ktorej sa podarilo presadiť a nesie štyri charakteristické zmeny, ktoré majú spomenutú mutáciu, a ďalšie tri varianty. Je to živá vec, lebo pandémia stále prebieha, dokonca akceleruje. Každý týždeň máme nový rekord počtu infikovaných ľudí. Toto celé je vlastne taká zrýchlená evolúcia, ktorú vieme dobre pozorovať a opísať aj vďaka tomu, že veľa izolátov sekvenujeme.

Ak koronavírus mutuje, znamená to, že bude náročnejšie vyvinúť vakcínu, alebo je to bežné a takto sa správa ktorýkoľvek vírus?

Práveže koronavírus je charakteristický tým, že sa na pomery vírusov mení málo. Má pomerne stabilný genóm, lebo obsahuje enzým, ktorý opravuje chyby pri kopírovaní RNA. Aj pri prepisovaní v našich bunkách vznikajú chyby. Zjednodušene: čím rýchlejšie je kopírovanie, teda aj množenie vírusu, tým sú chyby častejšie. Špeciálne pre RNA vírusy je typické, že sa zmeny dejú častejšie. Práve tento špeciálny enzým, ktorý koronavírus má, ich dokáže dosť účinne opravovať. V porovnaní s chrípkovým vírusom sa mení relatívne málo a nevýrazne.

Tomáš Szemes v laboratóriu. Foto – archív T. S.

Vírus mutuje preto, aby prežil?

Áno, je jeho základnou biologickou vlastnosťou, že chyby pri prepise vznikajú. Tých mutácií vzniká oveľa viac, avšak nie všetky sú životaschopné. Keď dôjde v genóme k výmene písmen, môže to spôsobiť aj to, že vírus prestane byť infekčný, nedokáže sa množiť a podobne. Takéto vírusy sú vyradené a my vidíme iba to, čo bolo úspešné a úspešne sa šíri v populácii.

Zároveň je to mechanizmus, ktorý umožňuje vírusu evolúciu a prispôsobenie sa zmene prostredia, akou je napríklad nový hostiteľ. Keď na nás preskočí zo zvieraťa, prvá forma, ktorá býva oveľa smrteľnejšia, sa musí nášmu druhu časom prispôsobiť. Pre vírus nie je výhodné, keď svojho hostiteľa zabíja. Potrebuje sa s ním naučiť fungovať ďalej, aby obaja prežili, a aj preto vidíme, že mutuje.

Dá sa teda povedať, že vírus postupom času slabne?

Adaptuje sa. Ale áno, z nášho pohľadu sa zdá, že slabne, keďže sa pozeráme na to, koľko úmrtí spôsobuje.

Pri nedávnych epidémiách SARS-u a MERS-u išlo tiež o koronavírusy. Je náhoda, že sa tri koronavírusy objavili po sebe?

Rôzne koronavírusy sú tu s nami už veľmi dlho a v minulosti sme možno infekcie nemali tak dobre preskúmané. Toto sa určite do budúcnosti zmení a budeme viac vnímať príznaky, ktoré pripomínajú respiračné ochorenia. Zrejme zistíme, že vírusov je oveľa viac druhov. Už teraz poznáme veľa koronavírusov pri zvieratách. Napríklad pri psoch a netopieroch.

Čomu sa momentálne venujete v rámci výskumu koronavírusu? Stále sekvenujete nové vzorky?

Snažíme sa. Prvotné genómy sa nám podarilo osekvenovať takpovediac na prvý šup. Lenže to neboli štandardné vzorky dostupné pri odbere od pacienta. Bol to výsledok spolupráce s doktorom Borisom Klempom z Biomedicínskeho centra SAV. Im sa podarilo tento vírus „oživiť“ zo vzorky a nechať narásť na bunkovej kultúre. Vďaka tomu vzniklo veľa vírusu a ostalo málo buniek, takže sme vedeli genóm veľmi pekne vyskladať a umiestniť ho do medzinárodnej databázy GISAID.

Na čom robíte teraz?

Pracujeme na protokole, ktorý by vedel efektívne sekvenovať aj vzorky priamo od pacientov. Zatiaľ sa nám to úplne nedarí a nevieme prečítať celú genetickú informáciu. Chceli by sme dosiahnuť čo najlepšie čítanie, ideálne z každej klinickej vzorky. Táto informácia je dnes aj do budúcnosti veľmi dôležitá. Najmä pri hľadaní vzťahov medzi infekčnosťou vírusu a rozličnými skupinami pacientov.

Čo je to protokol? Nejaký návod, podľa ktorého sa to bude dať bezchybne opakovať?

Je to akýsi kuchársky recept, ibaže ďaleko presnejší a určený na prácu v laboratóriu. Je tam napísané čoho, kam, koľko a za akých podmienok treba, aby som dosiahol čo najlepší výsledok.

Keď vložíte vzorky do sekvenátora podľa receptu, tak vám vypľuje údaje, ktoré viete prečítať?

Vypľuje nám veľmi veľa údajov, ktoré dáme do rúk našim bioinformatikom. Oni ich roztriedia na užitočné a neužitočné dáta. Z tých užitočných, ktoré patria vírusu, sa potom snažíme čo najlepšie vyskladať genóm. Komplikáciou je, že vo vzorke od pacienta je obrovské množstvo ľudského materiálu a relatívne málo vírusového. Tých sekvencií pri analýze vyprodukujeme desiatky až stovky miliónov. Musíme totiž prečítať veľa balastu z človeka, kým zistíme, čo pochádza od vírusu, a poskladáme ho dokopy tak, aby to bola celá molekula.

Čiže ako keby som zobrala dve škatule puzzle s tisíckami kúskov, ktoré tvoria povedzme obrázok budovy a pandy, zmiešala ich dokopy a potom sa snažila nájsť iba dieliky, ktoré patria verzii s pandou.

Áno, to je dosť trefné.

Líši sa nejako slovenský genóm koronavírusu od tých ostatných?

Máme osekvenované štyri slovenské genómy zo začiatku marca. Jeden z nich je prakticky identický s tým pôvodným, wuchanským. Podľa toho predpokladáme, že pricestoval z Číny. Potom máme izoláty, ktoré sa v tom čase najviac podobali na izoláty z Paríža a z Holandska. Práve tieto genómy nesú ten zdanlivo infekčnejší variant, o ktorom sme sa rozprávali. Nedávno som robil porovnávaciu analýzu a zistil som, že celá obrovská vetva vírusov v USA z konca apríla je úplne rovnaká ako naše dva slovenské genómy. Aj z toho vidíme, že zmena vírusu v čase nie je taká dramatická. Ale aj drobné zmeny môžu mať vplyv na to, ako je vírus nebezpečný.

Tomáš Szemes so svojím tímom. Foto – archív T. S.

Viete vyčítať z vírusovej genetickej informácie to, na ktoré orgány útočí? Lebo mám pocit, že každú chvíľu pribúdajú nové vedľajšie poškodenia, ktoré môže spôsobovať. 

To sa z genetickej informácie vírusu celkom vyčítať nedá, ale máme veľa poznatkov o genetike a expresii génov u človeka. Vieme napríklad, že ACE2 receptor, ktorý je hlavným príchytným bodom pre koronavírus, sa tvorí v mnohých našich tkanivách. Najviac je ho v semenníkoch. Veľa sa ho tvorí aj v srdcovom svale, čreve a ďalších orgánoch. Čiže ak by sa k nim vírus dostal, dáva zmysel, že sa prichytí a infikuje aj tieto bunky.

Ide predovšetkým o respiračný vírus, dostáva sa teda do tela cez dýchacie cesty, ale s pribúdajúcimi pacientmi sa objavujú aj menej časté príznaky, ktoré s ním spájame. Mnohé z nich sú zatiaľ iba hypotézami alebo nedokonalými štúdiami. Na to si tiež treba dávať pozor. Vedecké práce vychádzajú momentálne zrýchlene a lekár, ktorý rozhoduje o liečbe, by sa nemal riadiť len jednou či dvoma štúdiami, ale pozorne sledovať vedecký vývoj.

Keďže máte tento vírus doslova prečítaný, ako vnímate momentálny stav pandémie?

Ja by som sa priklonil k tomu, čo hovorí aj WHO. Situácia je nebezpečná, pretože ľudia stratili ostražitosť, prestávajú dodržiavať opatrenia a veriť oficiálnym verziám. Čoraz viac ľudí si myslí, že ide len o nejakú ľahšiu chrípku, ktorá sa celosvetovo rozšírila. Je to celkom určite inak, nový koronavírus je omnoho smrteľnejší ako chrípkové vírusy.

Ako blízko sme k efektívnej liečbe ochorenia COVID-19?

Klinické štúdie ukázali, že remdezivir je aspoň čiastočne účinný. Čiže to je taký prvý liek, ktorý máme k dispozícii. Pri závažných prípadoch, v ktorých dochádza k intenzívnej imunitnej reakcii, máme liečivá, ktoré ju potláčajú. Prebiehajú aj ďalšie klinické skúšky, napríklad s použitím plazmy pacientov, ktorí ochorenie prekonali. Takéto prípravky tiež účinkujú na kriticky chorých. Takže prípravky na liečbu stále pribúdajú.

A ako sme na tom s prevenciou vo forme vakcíny?

Dnes je vo vývoji až 155 vakcín. Jedna už prešla treťou fázou klinického skúšania a bola schválená, aj keď nie je určená pre všetkých pacientov. Na tomto poli sa naozaj nevídane rýchlo napreduje. Takže dúfam a predpokladám, že tých vakcín a liečebných intervencií bude čoskoro veľa.

Okrem vírusového genómu čítate aj ľudský. Na ktoré ochorenia vieme z našej DNA prečítať predispozíciu?

Je toho viac. Niektoré závažné genetické ochorenia vieme zistiť priamo. Na viaceré z nich sa robí aj novorodenecký skríning. Čo sa týka predispozícií, dobre sú rozpracované niektoré onkologické ochorenia, napríklad karcinóm hrubého čreva a konečníka. Je to takzvaný Lynchov syndróm, ktorému sa v našom výskume ideme intenzívne venovať.

To je syndróm, ktorý spôsobuje rakovinu?

Je to vlastne súbor odlišností od štandardného genómu, ktoré majú patologický efekt. U človeka, ktorý taký variant má, je často aj mnohonásobne väčšie riziko, že toto nádorové ochorenie dostane. Pri Lynchovom syndróme je to u mužov najčastejšie rakovina hrubého čreva, u žien endometriálny karcinóm (zhubný nádor vnútornej výstelky dutiny maternice pozn. red.).

Ako takéto vyšetrenie funguje? Odoberiete mi krv a z výsledkov viem, na ktoré ochorenie mám nábeh?

Takto to v súčasnosti ešte nefunguje. No mení sa to. Je to koncept takzvanej personalizovanej a preventívnej medicíny na základe genomickej informácie. Vychádza z toho, že dnes je čoraz dostupnejšie nechať si prečítať svoj genóm a po analýze tejto informácii prispôsobovať životosprávu a lekársky dohľad.

Kto mi vie takto genóm prečítať? Predpokladám, že to nebude praktický lekár.

V súčasnosti existuje niekoľko zahraničných firiem, kam pošlete sliny a kde si môžete nechať genóm osekvenovať. Často k tomu dostanete aj klinickú interpretáciu. Tu však treba byť opatrný. Nie všetko musí byť pravda podporená dostatočným množstvom vedeckých dôkazov.

Práve som sa chcela spýtať, nakoľko ide o nezvratný osud, keď mi príde takýto zoznam.

Záleží na tom, o čo ide. Sú závažné genetické ochorenia, pri ktorých, ak máte istý variant, je prakticky isté, že na to ochorenie ochoriete alebo ho budete mať už pri narodení. To sú napríklad závažné metabolické poruchy. Mnohé z nich sa však dajú kompenzovať životosprávou. Potom máme tie, ktoré radíme do kategórie rizikových faktorov alebo predispozícií. To nie je nezvratný osud. Keď som zdravý, ale zistím, že mám na niečo predispozíciu, tak viem, že musím chodiť častejšie na preventívne prehliadky a dávať si viac pozor na životosprávu. Tak môžem toto riziko znížiť alebo eliminovať.

Tomáš Szemes v laboratóriu. Foto – archív T. S.

Robia sa takéto testy aj pre páry, ktoré sa rozhodnú mať dieťa a chcú zistiť, či majú nejakú genetickú záťaž, ktorá by ho mohla zasiahnuť?

Toto sa robí konzultáciou u klinického genetika, keď sa už v rodine nejaké takéto ochorenie vyskytlo a pár má obavy. Ak máme z rodiny presnú informáciu o ochorení a patologickom variante, ktorý ho spôsobil, vieme zistiť, aké je riziko, že sa choroba prejaví aj u potomka, alebo či je obava zbytočná.

Dlhodobo sa venujete neinvazívnej prenatálnej diagnostike a vyvinuli ste aj test na odhalenie Downovho syndrómu. Ako funguje?

Ide o test, ktorý sa vykonáva zo vzorky krvi, ktorá sa berie z ruky. V laboratóriu potom oddelíme plazmu plodu, v ktorej sa nachádza jeho DNA a ktorú dokážeme sekvenovaním prečítať. Vďaka tomu vieme zistiť aj drobné odchýlky početnosti, napríklad chromozómu 21. Pri ňom vieme s vysokou pravdepodobnosťou povedať, že dieťa má riziko Downovho syndrómu.

Ako spoľahlivý je takýto test?

Citlivosť je nad úrovňou 99 percent. Ten test je veľmi špecifický, prakticky sa blížime na úroveň analýzy plodovej vody. Je to však oveľa menej invazívny odber genetického materiálu.

V ktorom období sa robí toto vyšetrenie?

Od dvanásteho týždňa robíme odbery a analýza trvá typicky týždeň.

Čo všetko sa ešte dá takto z krvi zistiť?

Zisťujeme ďalšie dva najčastejšie celochromozómové syndrómy a poruchy početnosti pohlavných chromozómov. Momentálne sa sústreďujeme na takzvané subchromozonálne poruchy, ktoré sa týkajú iba častí chromozómu. Takýchto syndrómov je pomerne veľa a výhodou nášho prístupu je, že sa pozeráme na celý genóm naraz.

Prečo je to výhodné?

Lebo tam vieme spozorovať aj nové syndrómy, ktoré ešte neboli opísane, a vieme predpokladať, či majú nejaký patogénny potenciál.

Tomáš Szemes (1980)

Je molekulárny biológ a genetik. Je vedúcim Centra genomiky a bioinformatiky vo Vedeckom parku Univerzity Komenského v Bratislave. Špecializuje sa na čítanie DNA a sekvenovanie genómu. Sekvenovaním genómu nového koronavírusu prispel k vývoju slovenských testov na infekciu.

ESET Science Award

Koronavírus

    Podcast Denníka N

    Rozhovory

    Príroda, Zdravie

    Teraz najčítanejšie