(Omicron-Immagine Credit Public Domain).
I ricercatori dell’Accademia cinese delle scienze di Pechino hanno recentemente riportato nuove intriganti prove per una possibile origine da un topo della variante Omicron. Il loro articolo, pubblicato sul server di prestampa BioRxiv, è stato rapidamente raccolto e pubblicato pochi giorni dopo dal Journal of Genetics and Genomics e sfida la teoria prevalente secondo cui la sequenza di spike polimutanti di Omicron deve essersi evoluta sotto infezione prolungata in un paziente gravemente immunocompromesso.
La loro idea principale è che un topo potrebbe essere stato in qualche modo infettato dal virus umano per “trasferimento zoonotico inverso”, dopo di che il virus ha evoluto tutte o molte delle sue 45 nuove mutazioni, e quindi successivamente è stato trasferito di nuovo agli umani. Mentre questa teoria potrebbe spiegare perché Omicron appare così anomalo quando viene tracciato su un albero filogenetico contro i soliti sospetti, c’è un grosso problema: l’omologo del topo del recettore ACE2 umano (hACE2), che il virus usa tipicamente per entrare nelle cellule, ha poca affinità con la proteina spike SARS-CoV-2 standard.
Così poche infatti, che per studiare il virus in questo animale da ricerca preferito, gli scienziati devono introdurre artificialmente hACE2 per creare topi che mostrino qualsiasi significativo disagio respiratorio dopo l’infezione. Questi topi transgenici sono realizzati in diversi modi, ognuno dei quali mostra tropismi tissutali unici, penetranza ed effetti corrispondentemente diversi. I ricercatori hanno condotto esperimenti knock-in in cui la sequenza hACE2 umana è integrata nel genoma dell’ospite e indotta sotto il controllo di diversi promotori. Gli adenovirus possono anche essere usati per infettare le cellule e creare plasmidi replicanti che propagano il codice hACE2.
Considerando queste questioni, come potrebbe aver preso piede il virus umano standard nei topi? Diverse cose sono evidenti riguardo a come la sequenza di Omicron e le sequele della malattia differiscano da quelle delle altre quattro varianti. Mentre Omicron sembra essere più trasmissibile, sembra anche essere meno grave: non sembra mirare a diverse classi di cellule nel polmone allo stesso modo. Questi tipi di cellule potrebbero includere cellule epiteliali bronchiolari e alveolari, macrofagi alveolari e pneumociti variamente designati. Una possibile spiegazione qui è che Omicron non si basa sulla ricezione di ACE2 e sulla successiva scissione TMPRSS per l’infezione. Invece, sembra preferire l’assorbimento endosomiale diretto e la scissione da parte degli enzimi della catepsina.
Gli autori hanno ragionato che se Omicron si è in effetti evoluta in un topo, allora le specifiche dettagliate delle 45 mutazioni che ha acquisito lì dovrebbero riflettere direttamente una firma specifica della specie. In altre parole, poiché ogni organismo ha diversi meccanismi di riparazione del DNA, abbondanza di nucleotidi, preferenze sui codoni, background ossidativi e altre inclinazioni mutazionali, allora lo “spettro molecolare” delle mutazioni dovrebbe rivelare una firma specifica della specie. In pratica, questo è un compito arduo. Tuttavia, i ricercatori hanno ragionevolmente costruito questo spettro utilizzando le abbondanze relative di ciascuna delle 12 possibili sostituzioni di coppie di basi (cioè A>C,T o G, C>A,T o G, ecc.) durante l’evoluzione di Omicron , B.1.1.529 dal suo antenato più prossimo.
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Hanno scoperto che lo spettro mutazionale molecolare di Omicron era significativamente diverso da quello di tutti gli altri virus che si sono evoluti nei pazienti umani, ma assomigliava molto agli spettri associati all’evoluzione del virus nelle cellule di topo. Mentre altri hanno recentemente suggerito che Omicron potrebbe essersi originata in seguito a una breve incursione in un ospite intermedio come un topo, o anche un cervo, questo studio è il primo a mostrare prove reale di questo tipo di zoonosi in due fasi. Gli autori suggeriscono che le mutazioni osservate, così come le inserzioni e le delezioni, potrebbero essere coerenti con l’evoluzione nei topi nel corso di circa un anno. Tuttavia, stimare i tempi di ritardo mutazionale come questo è notoriamente difficile e spesso un po’ soggettivo.
Molte di queste mutazioni e le correzioni virali associate ad esse fornite, sono piuttosto curiose. Ad esempio, l’inserimento ancora inspiegabile di un sito di scissione della furina in SARS-CoV-2 ha ottenuto un’ulteriore arginina chiave in Omicron, una modifica che sembra migliorare ulteriormente l’elaborazione della furina durante il ciclo di vita virale. Tuttavia, una raffica di nuove ricerche ora suggerisce che l’evoluzione di un sito di scissione della furina dal nulla potrebbe non essere così grande come si pensava in precedenza. A quel punto, è stato dimostrato che un pipistrello europeo ha un coronavirus a una sola mutazione di distanza dal possesso di un sito di scissione della furina polibasica nella posizione S1/S2 di spike. Altre caratteristiche di Omicron includono la fuga da entrambi i trattamenti vaccinali e anticorpali, ma non dalle risposte delle cellule T. La formazione di sincizi per fusione cellulare dilagante, d’altra parte, non si osserva in Omicron, il che potrebbe potenzialmente spiegare perché è meno grave.
Se Omicron è passata al topo, che tipo di topo era? Vale a dire, era un topo selvatico o un topo da laboratorio? Se è vera quest’ultima ipotesi, si tratta di un topo intero o solo cellule di un topo? Nel lontano 2007, i ricercatori hanno dimostrato di poter adattare completamente il SARS-CoV-1 umano per infettare fatalmente i topi e provocare il caos respiratorio dopo 15 passaggi del virus attraverso animali successivi. Ralph Baric e altri lo hanno recentemente fatto in soli 10 passaggi per SARS-CoV-2. Questi tipi di manipolazioni ovviamente accelerano l’evoluzione che avverrebbe in un ambiente naturale di parecchie volte. Nelle colture cellulari, le cose possono essere fatte anche più velocemente. Gli stessi tipi di spettri rivelatori di mutazione molecolare studiati in Omicron come notato sopra, possono anche essere facilmente evidenti dopo il passaggio in linee cellulari specifiche. In altre parole, le caratteristiche dei virus possono essere facilmente evolute in condizioni di coltura specifiche in base alle esigenze e alle inclinazioni delle specifiche linee cellulari utilizzate.
Ad esempio, l’infezione della variante delta nelle cellule Calu-3 (cellule epiteliali di adenocarcinoma polmonare umano), che hanno un’alta espressione di TMPRSS e favoriscono una via di infezione della superficie cellulare, era quattro volte superiore all’infezione da Omicron. Nelle cellule HEK (cellule renali embrionali umane) ottimizzate per l’ingresso endosomiale, d’altra parte, l’infezione da Omicron era 10 volte più alta del delta. Quando linee di cellule transgeniche con potenziale espressione ibrida di recettori di specie diverse vengono inserite nel mix, può diventare molto difficile sapere cosa aspettarsi.
