Valikko Sulje

Miten virukset muuntuvat eli mutatoituvat?

Nykyisen koronaviruksen aiheuttaman COVID-19 epidemian päättymisen suhteen toivo laitetaan kahteen mahdollisuuteen: luontaisesti hankittuun laumaimmuniteettiin tai rokotteen antamaan laumaimmuniteettiin.

Todellisuudessa emme kuitenkaan vielä tiedä kuinka pitkän suojan tautia vastaan COVID-19:ään sairastunut saa, tai edes onko SARS-CoV-2-virusta vastaan mahdollista kehittää rokotetta, jonka suojaava vaikutus kestäisi kyllin pitkään. Influenssarokotusten heikkoutena on ollut viruksen nopea muuntautuminen, minkä vuoksi tehokkaan rokotteen valmistaminen on haasteellista. Onko SARS-CoV-2 -virus samanlainen?

Miksi viruksen muuntuminen on ongelmallista?

Kun ihmisen elimistö kohtaa taudinaiheuttajan, jota se ei pysty heti nujertamaan, se ottaa käyttöön suunnitelma B:n. Alkuun suunnitelma B on hitaampi kuin primääri immuunivaste, mutta lopulta se on tehokkaampi, ja lisäksi se antaa pitkäkestoisen, jopa koko ihmisen loppuelämän kestävän suojan tätä taudinaiheuttajaa kohtaan.  

Tämän suojan antavat immuunipuolustuksen muistisolut, joita on kahdenlaisia, B-soluja ja T-soluja. B-solut tuottavat vasta-aineita, niitä Y-kirjaimen muotoisia ”keihäitä”, mitkä tunnistavat taudinaiheuttajat ja sitoutuvat niihin. Vasta-aineet ovat hyvin tarkkoja, muuten ne saattaisivat erehtyä luulemaan elimistön omia soluja tai vaikka vaarattomia ruoka-aineita taudinaiheuttajiksi, ja aiheuttaisivat tuhoja elimistössä. (Vahinkoja voi kuitenkin sattua, jonka seurauksena syntyy autoimmuunisairauksia, kuten ykköstyypin diabetes, tai allergioita). Tarkkuudessa piilee myös niiden heikkous: jos virus tai muu taudinaiheuttaja muuntuu kylliksi, edellisessä infektiossa tuotetut vasta-aineet eivät enää tunnista muuntunutta virusta.  

lymphocyte photo
Mikroskooppikuva jossa näkyy kaksi suuritumaista valkosolua (joihin B- ja T-solutkin kuuluvat) tumattomien punasolujen ympäröimänä.

Mitä muuntuminen, eli mutaatiot ovat?

Jotta ymmärrämme miten virukset muuntuvat, meidän täytyy ensin ymmärtää mitä muuntumisella eli mutaatioilla tarkoitetaan.

Perimämme, eli DNA:mme, rakentuu neljästä erilaisesta rakennuspalikasta, jotka on ladottu DNA-juosteeseen tiettyyn järjestykseen. Jos tämä järjestys muuttuu yhdenkin rakennuspalikan verran, muutosta kutsutaan mutaatioksi. Esittelen joitakin muutosten syitä hieman tuonnempana.

DNA double strand
DNA on ohuen ohut kaksoisjuoste, läpimitaltaan noin kaksi nanometriä (millimetrin miljoonasosaa). DNA:n rakennuspalikat, joita on neljää erilaista, on tässä kuvassa esitetty oranssinpunaisina. Näitä palikoita on jokaisessa solussamme -punasoluja lukuun ottamatta- 6 miljardia, järjestettynä tarkasti oikeaan järjestykseen.

Mutaatiot perimässämme, eli DNA-juosteessamme ovat kaiken evoluution perusedellytys. Niiden johdosta kaikissa elollisissa organismeissa tapahtuu pieniä muutoksia jatkuvasti. Ilman mutaatioita ei olisi elämää.

Mutaatioita on kolmea sorttia:

  • Harmittomia
  • Haitallisia
  • Hyödyllisiä

Jos oletamme mutaatiot sattumanvaraisiksi, harmittomat eli neutraalit mutaatiot ovat yleisimpiä. Seuraavaksi yleisimpiä ovat haitalliset mutaatiot ja harvinaisimpia hyödylliset mutaatiot. Haitalliset ovat hyödyllisiä yleisempiä jo senkin takia, että jos yrittää rakentaa jotain toimimalla sattumanvaraisesti ja silmät sidottuina, lopputulos on… no, yleensä ei mitään kovin priimaa. (Jos et usko, niin asettelepa vaikka pöydälle leipomistarvikkeet ja pyydä taaperoasi leipomaan niistä kakku sillä aikaa, kun itse teet vähän etätöitä…)

Mikä synnyttää mutaatioita?

Auringon UV-säteily, tupakan savu ja muut ympäristömyrkyt tunnetusti aiheuttavat mutaatioita ihmisen soluissa, ja näiden mutaatioiden seurauksena voi syntyä mm. syöpää. Mutta jotta mutaatioiden syntyä ymmärtäisi laajemmin, täytyy ajatella hieman tarkemmin. Todellisuudessa haitalliset kemikaalit tai UV-säteily eivät aiheuta mutaatioita, vaan vaurioita soluissa, tai tarkemmin DNA:ssamme. Ohuen ohut DNA-rihma voi katketa, jolloin apuun rientää solun korjausentsyymit, jotka yrittävät korjata vaurion. Yleensä se onnistuu, mutta ei aina. Epäonnistuessaan korjausentsyymit liittävät katkenneen juosteen yhteen väärällä DNA:n rakennuspalikalla, ja tästä syntyy mutaatio. Mutaatio syntyy siis korjausentsyymin virheestä.

Toinen tilanne, jossa perimäämme voi syntyä mutaatioita, on solun jakaantuminen kahdeksi tytärsoluksi. Tällöin koko solun genomi, kuusi miljardia DNA:n rakennuspalikkaa, kopioidaan uuden solun perimäksi. DNA:n kopioimisesta vastaa polymeraasientsyymi, joka on oikolukijoineen lähes äärettömän tarkka, mutta kuuden miljardin palikan monistamisessa voi silti silloin tällöin tulla virheitä. Tällöin mutaatio syntyy polymeraasin virheestä.

Miksi virukset muuntuvat?

Viruksia on valtavasti erilaisia, mutta karkeasti ottaen ne voidaan jakaa perimänsä perusteella kahteen joukkoon: RNA-viruksiin ja DNA-viruksiin. Yleisesti ottaen RNA-virukset mutatoituvat herkemmin kuin DNA-virukset

Virukset eivät tietenkään muunnu ilkeyttään, mutta toisin kuin voisi luulla, virukset eivät ilmeisesti muunnu myöskään vältelläkseen isäntäeliön immuunipuolustusta. Viruksia on monenlaisia, mutta yleisesti ottaen viruksen muuntuvat, koska niillä on kiire. Ne haluavat monistaa itsestään mahdollisimman monta kopiota ennen kuin isäntäeliön immuunipuolustus löytää ne. Viruksellakin on oma polymeraasi, joka monistaa viruksen genomia, mutta virus on panostanut polymeraasin nopeuteen, ei tarkkuuteen. Karkeasti sanoen, uudet viruskopiot ovat juosten kustuja, ja jälki on sen mukaista. Kun ihmisen solujen polymeraasi kopioi solujemme DNA:ta oikein useammin kuin 999 999 kertaa miljoonasta, RNA-virusten polymeraasi tekee virheen noin joka 10 000. kerta. Monen RNA-viruksen genomi on noin 10 000 emäksen, eli DNA:n tai RNA:n rakennuspalikan mittainen. Tämä tarkoittaa keskimäärin yhtä virhettä eli mutaatiota jokaisessa uudessa viruskopiossa.

Entäpä koronavirus?

Koronavirukset ovat RNA-viruksia, mutta ne poikkeavat monista muista RNA-viruksista. Sen lisäksi, että ne ovat perimältään kaksi kertaa suurempia kuin esimerkiksi influenssavirukset, niillä on myös eräs mutaatiotiheyteen vaikuttava ominaisuus: oikolukija. Kuten yllä ohimennen mainitsin, oikolukijoita löytyy myös ihmisen soluista. Harvoin kuitenkaan RNA-viruksista. Oikolukija on entsyymi, joka tarkistaa polymeraasin työnjäljen, ja korjaa jälkeenpäin sen tekemät virheet. Oikolukijan vuoksi koronavirusten mutaatioiden määrä pysyy maltillisena. Tämä on tietysti lupaava ominaisuus rokotekehityksen ja ihmisen immuniteettisuojan kehittymisen kannalta. Toisaalta se selittä myös miksi mutaatiotaajuuteen perustuvat viruslääkkeet, kuten Ribavirin, eivät välttämättä ole kovin tehokkaita koronavirusta vastaan.

Viruksissa tapahtuu siis mutaatioita koska niiden kopiointientsyymi, polymeraasi, tekee virheitä. Virheet lienevät sattumanvaraisia, mutta koska niitä tapahtuu paljon, osa niistä osuu myös viruksen pintaproteiineja koodaavaan kohtaan perimässä. Kun näitä pintaproteiineihin kohdistuvia mutaatioita on kasaantunut kylliksi, proteiinit ovat muuntuneet niin, ettei isäntäeliön immuunipuolustus enää tunnista niitä.

Mutaatioilla on toki riskinsäkin: suurin osa mutaatioista on eliölle haitallisia, ja jos mutaatioita kasaantuu likaa, eliö menettää elinkykynsä eli tuhoutuu. Influenssavirukset kamppailevatkin jatkuvasti tämän tasapainon kanssa: mutaatioiden salliminen nopeuttaa virusten kopioitumista ja voi joskus parantaa selviytymistä, mutta liika mutatoituminen voi koitua kohtaloksi.

Koronavirukset toteuttavat toista strategiaa, ja vähentävät mutaatioiden määrää huolellisemmalla perimänsä kopioinnilla. Tämä ominaisuus voi osoittautua ratkaisevaksi tekijäksi ihmisten taistelussa SARS-CoV-2-koronavirusta vastaan.

virus photo
Viruksen pintaproteiinit toimivat viruksen ”käsinä” joilla se tarraa kiinni isäntäsolun pintarakenteisiin ja näin ujuttaa itsensä solun sisään. Pintaproteiinit ovat myös niitä viruksen osia, jotka vasta-aineet herkimmin tunnistavat.

Lähteet

https://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev.micro.51.1.151

https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3000003

Herättikö ajatuksia? Jäikö jotain puuttumaan? Kommentoi!

%d bloggaajaa tykkää tästä: