Il virus della nave MV Hondius al momento non si è adattato all'uomo e mantiene la biologia stabile dei roditori. Ma il passato non predice il futuro, e una singola mutazione casuale potrebbe scatenare guai seri.
Quando un virus circola da molto tempo nel suo serbatoio naturale, la sua evoluzione avviene dentro un equilibrio abbastanza stabile, in assenza di perturbazioni accidentali. Ogni ciclo di replicazione produce mutazioni, quindi la popolazione virale contiene sempre varianti; però il virus che persiste nel serbatoio ha già trovato una combinazione efficace di ingresso nelle cellule, replicazione e trasmissione. In queste condizioni la selezione naturale agisce soprattutto come un filtro: elimina molte variazioni che peggiorano proteine già funzionanti e lascia circolare soprattutto quelle compatibili con la biologia ordinaria del virus. Questo processo si chiama selezione purificante, o selezione negativa. È conservativa: la popolazione virale cambia, però le parti importanti del virus restano vincolate alla funzione che devono svolgere.
Il quadro sarebbe diverso se il virus stesse attraversando una fase di adattamento a un nuovo ospite. In un organismo diverso dal serbatoio naturale, la soluzione evolutiva precedente può perdere parte della sua efficacia. Il virus incontra cellule, recettori, risposte immunitarie e condizioni fisiologiche diverse. In questa fase alcune mutazioni che nel vecchio ospite sarebbero state sfavorite possono restare in circolazione più a lungo, perché la sequenza di partenza ha perso parte del vantaggio che aveva nel suo ambiente abituale. Questo allenta il filtro selettivo e permette di esplorare nuove soluzioni. Se alcune mutazioni che cambiano le proteine migliorano la fitness nel nuovo ospite, aumentano di frequenza: questo è il segnale della selezione positiva.
Nel caso delle infezioni umane da parte di Andes virus, e guardando soprattutto alle sequenze disponibili per la motonave Hondius, possiamo quindi chiederci: le quattro mutazioni osservate nelle glicoproteine di Andes virus appartengono alla normale variabilità di un virus che circola nel suo serbatoio naturale e può occasionalmente infettare l’uomo, oppure indicano l’inizio di un adattamento all’ospite umano?
Per rispondere si usa un confronto semplice. Alcune mutazioni cambiano la sequenza genetica senza modificare la proteina prodotta; sono dette sinonime. Altre cambiano anche la proteina; sono dette non sinonime. Le prime funzionano come riferimento del ritmo di cambiamento di fondo, perché lasciano il virus sostanzialmente invariato. Le seconde sono quelle più rilevanti per la selezione, perché modificano direttamente una o più delle proteine del virus, e quindi la sua struttura e funzionamento.
Il test misura quindi quale dei due tipi di cambiamento si accumula più rapidamente nel tempo evolutivo del virus. Se prevalgono nettamente le mutazioni sinonime, significa che le modifiche che cambiano le proteine e la struttura del virus vengono eliminate: siamo davanti a selezione purificante. Se invece si accumulano molte mutazioni che cambiano una o più proteine, il dato suggerisce una fase di selezione positiva, cioè una situazione in cui nuove varianti proteiche vengono tollerate o favorite.
Proprio questo tipo di test è stato applicato un paio di giorni fa da Alexander Lucaci, ricercatore postdoc alla Cornell University, che ha trovato indicazioni molto nette: la regione M del genoma virale di Andes virus è sottoposta da tempo a una selezione purificatrice molto forte, e i virus isolati negli umani infetti, tanto in passato quanto in questo ultimo focolaio – non fanno eccezione. La regione M del genoma è quella in cui si trovano le uniche quattro mutazioni che distinguono il virus isolato nella motonave dai predecessori isolati otto anni fa, ed è la regione che codifica per le glicoproteine virali Gn e Gc. Queste proteine sono importanti perché partecipano all’ingresso del virus nella cellula e alla fusione delle membrane. Per questo rappresentano una regione sensibile: cambiamenti significativi possono avere conseguenze biologiche rilevanti.
Siccome ho sempre a mente la lezione di un mio vecchio professore di scuola – “fidati, ma controlla” – ho deciso di verificare io stesso.
Ho quindi scaricato da Pathoplexus le sequenze virali del segmento M usate da Lucaci. Il mio dataset conteneva 31 sequenze sulle 32 che aveva usato lui, perché una delle sequenze non appare nei DB pubblici.
Ho importato i dati in un software usato per questo tipo di analisi (MEGA12) e ho eseguito il test di selezione con il metodo Nei-Gojobori. In pratica, MEGA ha confrontato il ritmo di accumulo delle mutazioni sinonime con quello delle mutazioni che cambiano la proteina, guardando alle sequenze virali della regione M. Il risultato è stato molto chiaro: il test per la selezione purificante ha dato P < 0.001, il che indica con certezza l’azione di questo tipo di selezione, e i parametri circa la forza dell’effetto sono risultati alti.
“Il virus è ancora quello dei topi, e si trova in un serbatoio stabile, non sottoposto a grandi vicissitudini con peso selettivo; ma se ad alcune delle mutazioni che nel topo sarebbero controselezionate diamo la possibilità di trovare un’ambiente casualmente favorevole attraverso uno degli eventi zoonotici casuali, allora le cose potrebbero cambiare drasticamente”.
Questo significa che, nel segmento M, le mutazioni che lasciano invariate le glicoproteine dell’involucro virale si accumulano molto più facilmente di quelle che la modificano. Le glicoproteine risultano quindi sottoposte a un forte vincolo funzionale. Nelle condizioni attuali – nel suo serbatoio naturale di roditori – il virus può variare, come accade normalmente in una popolazione virale, però le variazioni che alterano struttura e potenzialmente funzioni del virus sono filtrate in modo severo.
Il mio risultato, quindi, ha coinciso pienamente con quello di Lucaci, anche se ho condotto un’analisi meno raffinata, perché ho guardato al segnale complessivo sull’intero segmento M del genoma virale, mentre lui ha analizzato la stessa regione sito per sito: il segmento M di Andes virus è attualmente sotto selezione purificante.
Il significato epidemiologico è questo: le quattro mutazioni osservate nelle glicoproteine del virus associato alla Hondius documentano variazione genetica, però il quadro complessivo resta quello di una regione conservata. Per parlare di adattamento recente all’uomo servirebbe un segnale coerente di selezione positiva, che non osserviamo. Quindi il dato disponibile indica la circolazione di un virus ancora vincolato alla sua biologia ordinaria nel serbatoio naturale, con spillover umani occasionali, senza evidenza molecolare di una fase adattativa verso l’uomo rilevabile con questo test.
Siccome però stiamo parlando di un virus, bisogna ricordare una cosa molto semplice: il passato non predice il futuro. In particolare, ciò che accade finché il virus è legato con così ampia prevalenza al suo serbatoio naturale non predice affatto cosa potrebbe accadere se, come per esempio avvenne per SARS-CoV2, una mutazione casuale dovesse produrre un preadattamento all’uomo. In quel caso, a infezione e trasmissibilità semplificata, la selezione positiva tornerebbe immediatamente in azione, portando alla rapida evoluzione adattativa tipica dei virus a RNA, e sarebbero guai seri.
Quindi sì, il virus è ancora quello dei topi, e si trova in un serbatoio stabile, non sottoposto a grandi vicissitudini con peso selettivo; ma se ad alcune delle mutazioni che nel topo sarebbero controselezionate diamo la possibilità di trovare un’ambiente casualmente favorevole attraverso uno degli eventi zoonotici casuali, allora le cose potrebbero cambiare drasticamente.
A Neuquén, per esempio, nelle Ande argentine, circolavano già nel 2018 NRC-3 e NRC-4, i due virus che appaiono sostanzialmente identici a quelli odierni della motonave; e quando la coppia olandese di ornitologi è passata nelle montagne e nei boschi di quei luoghi, prima di imbarcarsi sulla Hondius (come abbiamo appreso dalla BBC), è probabile che abbia “campionato” dai roditori del luogo il virus nel suo stabile serbatoio naturale.
Poi, sulla nave, è avvenuta la trasmissione da uomo a uomo, a seguito di quell’unico evento di esposizione iniziale, ma per nostra fortuna – e con la riserva legata al fatto che per ora abbiam potuto esaminare solo cinque degli undici pazienti positivi e di quelli che in futuro dovessero rivelarsi tali – il virus è ancora sostanzialmente quello dei roditori.
Però, a forza di incrementare i contatti tra noi e la fauna selvatica, portando allo scopo turisti in gran numero anche nelle regioni più remote del pianeta, stiamo accelerando verso l’inevitabile scontro frontale contro patogeni davvero pericolosi. Dobbiamo smetterla di offrire loro queste occasioni, lasciando in pace la fauna selvatica – con reciproco vantaggio, oltretutto – e smettendola di maneggiare ogni animaletto che ci piace, come recentemente ha fatto un’influencer argentina proprio con la bestiola vettore di Andes virus, e proprio nella zona di Bariloche, dove questo virus ha già ucciso.
