Das COVID-19-Virus entwickelte sich schnell, jedoch innerhalb strenger genetischer Grenzen

Ein neues Papier da Genombiologie und Evolution, veröffentlicht von Oxford University Press, weist darauf hin, dass sich das COVID-19-Virus seit 2019 zwar schnell entwickelt hat, dies jedoch innerhalb begrenzter genetischer Kanäle. Diese genetischen Grenzen sind unverändert geblieben. Trotz der früheren Befürchtungen der Wissenschaftler hinsichtlich einer dramatischen und schnellen Entwicklung des COVID-19-Virus scheint es, dass die jüngsten Veränderungen des Virus relativ begrenzt waren; Das Virus veränderte sich durch die Kombination bereits bestehender Mutationen. Das Virus hat die Anzahl der genetischen Wege, die es für seine Entwicklung nutzen kann, nicht erweitert.

Nachdem SARS-CoV-2 Ende 2019 erstmals Menschen infiziert hatte, erlebte es eine rasante Evolution, die zu neuen Virusvarianten mit Eigenschaften führte, die sie in menschlichen Wirten erfolgreich machten. Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass diese Varianten nicht eng mit den wichtigsten zirkulierenden Varianten verwandt waren, die ihnen vorausgingen, was viele Wissenschaftler zu der Annahme veranlasste, dass Änderungen an der Spike-Proteinstruktur (die Spikes oder „Kronen“-Teile des bekannten mikroskopischen Bildes von COVID-19) die Entwicklung der SARS-CoV-2-Variante vorangetrieben und neue Mutationen ermöglicht haben, die für das Virus zuvor unmöglich waren.

Die SARS-CoV-2-Pandemie war die schlimmste Pandemie einer Infektionskrankheit in den letzten Jahrzehnten und verursachte weltweite Sterblichkeit, wirtschaftliche Schäden und soziale Störungen. Die Reaktion auf die Pandemie mit modernen Technologien wie der kostengünstigen Massensequenzierung hat jedoch zu einem einzigartigen und bedeutenden wissenschaftlichen Datensatz geführt.

Hier nutzten die Forscher den Umfang der globalen Genomsequenzierung, der Bestimmung der Proteinstruktur und gezielter Studien im Zusammenhang mit dem Virus. Sie verwendeten umfangreiche SARS-CoV-2-Datensätze, um die Rolle der Proteinstrukturbeschränkung bei der Entwicklung von SARS-CoV-2 zu untersuchen und zu untersuchen, ob Änderungen an der Spike-Proteinstruktur das Virus stärker machten. Sie verwendeten mehrere rechnerische Prädiktoren für strukturelle Einschränkungen über verschiedene strukturelle Hintergründe hinweg und bewerteten, wie sich Einschränkungen während der Entwicklung der SARS-CoV-2-Variante verändert haben.

Die Untersuchung ergab, dass SARS-CoV-2 mehrere unterschiedliche Phasen der Evolution durchlaufen hat. Eine anfängliche Phase der neutralen Diversifizierung endete Ende 2020, als multimutierte Varianten aufkamen. Die Weltgesundheitsorganisation hat Varianten mit vermuteten phänotypischen Merkmalen wie erhöhter Übertragbarkeit oder Immun-Escape-Eigenschaften als besorgniserregende Varianten eingestuft. Doch trotz des beispiellos umfangreichen und detaillierten Datensatzes finden die Forscher keine Hinweise darauf, dass sich strukturelle Einschränkungen wesentlich verändert haben oder eine Rolle bei der Entwicklung der SARS-CoV-2-S-Proteinvariante gespielt haben. Trotz hoher Mutationsraten und starkem Selektionsdruck war das SARS-CoV-2-S-Protein nach der Übertragung auf menschliche Wirte starken strukturellen Einschränkungen ausgesetzt.

Es scheint, dass sich SARS-CoV-2 während der Pandemie zwar schnell weiterentwickelte, es jedoch keine wesentlichen Veränderungen in der Reihe strukturell lebensfähiger Mutationen gab. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Variantenentstehung nicht durch die Lockerung struktureller Einschränkungen, sondern durch neuartige Kombinationen von Mutationen mit funktionellen genetischen Interaktionen zustande kam. Die Gesamtentwicklung blieb jedoch durch die Stabilität des Spike-Proteins stark eingeschränkt.

Unsere Forschung untersucht die Dynamik des evolutionären Wandels bei SARS-CoV-2 in der Zeit nach seiner Ausbreitung auf die menschliche Bevölkerung. Wir fanden heraus, dass starke Einschränkungen, die auf das Spike-Protein des Virus einwirken, das Auftreten von Mutationen einschränkten. Dies hilft uns zu verstehen, wie sich andere Coronaviren verhalten könnten, wenn sie zwischen den Arten wechseln, und könnte wichtige Auswirkungen auf die Entwicklung zukünftiger Impfstoffe und antiviraler Medikamente haben.“

James Herzig, Hauptautor des Artikels

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