• The Coronavirus Variants Don’t Seem to Be Highly Variable So Far - Scientific American
    https://www.scientificamerican.com/article/the-coronavirus-variants-dont-seem-to-be-highly-variable-so-far

    No doubt you’ve heard about the novel coronavirus variants that are evolving around the world. There now appear to be more than a dozen versions of SARS-CoV-2, which are of varying degrees of concern because some are linked to increased infectivity and lethality while others are not. It’s easy to be overwhelmed by this diversity and to fear that we’ll never achieve herd immunity. Yet evidence is growing that these variants share similar combinations of mutations. This may not be the multifront war that many are dreading, with an infinite number of new viral versions.
    I am an evolutionary microbiologist who studies how bacteria and viruses adapt to new environments or hosts. Like many microbiologists, my colleagues and I have turned our attention to understanding how SARS-CoV-2 is evolving adaptations for reproducing and transmitting in humans. Our favorite laboratory method is experimental evolution, where we grow multiple populations of microbes started from the same strain under identical conditions for weeks or months. We study problems like how antibiotic resistance evolves and how infections become chronic. The power of this method is that using multiple populations allows us to “replay the tape of life” and study how repeatable and ultimately predictable evolution might be.
    One pattern we see is called convergent evolution, where the same trait emerges in different independent lineages over time, usually as they adapt to similar environments. Some of the best examples of convergent evolution include the sandy color of diverse desert animals; lobed swimming fins for whales, walruses, and manatees (which are actually distantly related); and even the ability for humans to digest lactose into adulthood, which arose several times in geographically isolated populations.

    In the case of SARS-CoV-2, the complete genome sequences of viruses from thousands of patients enable us to look for convergent patterns. While most mutations are one-offs that go extinct, some establish new lineages that become more frequent as the virus succeeds in replicating and infecting many people. If the same part of the virus repeatedly mutates in different samples around the world and becomes more frequent, this mutation very likely encodes an adaptation that helps the virus reproduce and transmit.
    With the benefit of increased genome surveillance of the coronavirus, several recent studies have identified signatures of convergent evolution. Here in the U.S. our laboratory found at least seven genetically independent lineages that acquired a mutation at one particular spot on the virus’s infamous spike protein, the one it uses to latch onto human cells. Spike has a sequence of linked amino acids, and the mutation occurs at position number 677. In the original SARS-CoV-2 this is the amino acid glutamine, abbreviated as Q.

    In six lineages, this Q mutated to another amino acid, histidine (H) and is called 677H. In the seventh lineage, Q mutated to another amino acid, proline (P). Each lineage also has a mutation called S:614G, which was the first notable change in the virus to be identified several months ago and spread so widely it is now found in 90 percent of all infections. We named these seven U.S. lineages after common birds—“robin,” for example, and “pelican” —to help us distinguish and track them, and also to avoid creating prejudice by naming them after the areas where they were first detected.

    Lineages outside the U.S. have also acquired 677H, including in Egypt, Denmark, India and a large cluster in Macedonia. A new variant of concern called B.1.525 also has 677H, as do several lineages that descended from B.1.1.7, one of the first worrisome versions to be spotted. The coincident, global emergence of S:677 mutations and their fivefold gain in prevalence offers strong evidence that these changes must improve viral fitness in some way. We don’t know how yet, but it is noteworthy that S:677 borders a region of the spike protein that helps the virus enter and infect human cells. 

    This is far from the only example of convergence in SARS-CoV-2. Mutations in at least eight different positions in the spike protein are simultaneously on the rise around the world, appearing in B.1.1.7 and in other major variants of concern known as B.1.351, P.1 and P.3. These variants share combinations of mutations at positions 18, 69–70, 417, 452, 501, 681 and a particularly concerning E484K mutation that evades neutralizing antibodies. For this reason, two of the leading scientific websites (http://covariants.org and http://outbreak.info) that track variants now report these shared, defining mutations to simplify and consolidate our attention. The U.S. Centers for Disease Control and the media have been slow to follow the importance of these key mutations, but this is changing, because it is these changes that likely alter virus functions such as contagiousness or the ability to evade vaccines.

    One way to envision this type of convergent evolution is as a game of Tetris, where a limited number of building blocks can be assembled in different ways, in different combinations, to achieve the same winning structures. For example, it is now known that the combination of mutations in B.1.1.7 make it especially contagious, and that the B.1.351 lineage can evade antibodies because of E484K.
    Because many newly discovered variants appear to be resampling the mutations found in other established variants, we can speculate that the virus is beginning to run out of new, major adaptations. But this doesn’t mean that that the forces of evolution will stop as we begin to approach herd immunity and loosen restrictions. History tells us that viruses can evolve rapidly to evade barriers to transmission, especially when infections remain numerous. We must remember that the more infections there are, the more chance mutations will occur, and those that best help the virus to survive will proliferate. This is why stopping new infections is key. These viral adaptations are already rewriting our biology textbooks on convergent evolution; let’s strive to limit new material.

    It’s also critical that we make significant investments in building an early-warning system to detect new #SARS-CoV-2 variants as well as many other emerging pathogens, both known and yet to be discovered. Viral genome surveillance and sequencing is the key. The reason why many variants have been detected in the U.K. is because of visionary investments by researchers and public health officials in these technologies.
    In the U.S., a significant influx of money to the CDC from the new federal stimulus package is already increasing the frequency with which researchers can sequence and analyze virus samples. This must be sustained by building the public health expertise and research infrastructure to decode genetic changes in the virus and anticipate the need for future vaccine modifications. It was basic science that provided hope in this pandemic through new vaccine technology; and given renewed support it will also be our guardian against future threats.

    #séquençage #variants

    • #Covid-19 : Alpha, Beta, Gamma, Delta, #Epsilon… l’émergence sans fin des variants, Marc Gozlan
      https://www.lemonde.fr/blog/realitesbiomedicales/2021/07/08/covid-19-alpha-beta-gamma-delta-epsilon-lemergence-sans-fin-des-variants

      Certaines équipes ont, elles, choisi de développer des modèles visant à prédire quelles seront les trajectoires évolutives des #variants émergents. En d’autres termes, il s’agit d’anticiper la nature des mutations qui pourraient être hébergées par de futurs variants à partir des données de séquençage en temps réel.

      Prédire quel sera le parcours mutationnel qu’empruntera le virus SARS-CoV-2 pour évoluer est évidemment un énorme défi. Les chercheurs peuvent néanmoins s’appuyer sur la vaste base de connaissances existante (et qui ne cesse de s’enrichir) sur l’impact des mutations de la protéine spike.

      « L’intégration des données obtenues et celles issues des séquences émergentes du SARS-CoV-2 pourrait faciliter la détection automatisée de variants potentiellement préoccupants à faible fréquence (c’est-à-dire avant qu’ils ne se propagent largement) », estiment les virologistes moléculaires et microbiologistes évolutionnistes des universités de Glasgow, de Cambridge et d’Édimbourg. L’objectif serait donc de détecter l’émergence de virus possiblement capables d’échapper à la réponse anticorps neutralisants, ou plus transmissibles, afin de rapidement mettre en œuvre des mesures de contrôle ciblées, tout en orientant la poursuite des recherches en laboratoire. Une partie importante de ce processus consistera éventuellement à préparer des vaccins actualisés, adaptés aux variants émergents.

      Une équipe américaine, composée de généticiens, virologues, mathématiciens et spécialistes en intelligence artificielle, assure dans un preprint paru le 22 juin 2021 sur le site medRxiv (article non relu par les pairs) avoir développé une méthodologie qui aurait pu permettre d’identifier, avec précision et avec quatre mois d’avance, les mutations qui ont finalement diffusé au cours des différentes phases de la pandémie.

      Les chercheurs de la société Vir Biotechnology (San Francisco), en association avec des scientifiques du Massachusetts Institute of Technology (MIT), rapportent avoir déterminé sur une période donnée que la fréquence de la mutation R346K avait augmenté de 7 fois en Suisse, de 8 fois en Autriche et de 21 fois au Chili. De même, ils ont établi que la diffusion géographique la plus large concernait la mutation P681K, qui a augmenté de plus de 5 fois dans quinze pays et de plus de 20 fois dans sept pays. Cette mutation se situe dans la protéine spike à proximité du site de clivage de la furine, qui joue un rôle majeur dans la fusion entre les membranes virale et cellulaire. Cette mutation P681K est aujourd’hui présente dans les trois variants identifiés en Inde, à savoir Delta (B.1.617.2), Kappa (B.1.617.1) et B.1.617.3. À en croire les chercheurs californiens, ils auraient détecté ces augmentations de la fréquence de cette mutation « bien avant la vague actuelle » due au variant préoccupant (VOC) qui sévit en Inde.

      Leur méthodologie repose sur des variables épidémiologiques, des données immunologiques, de même que sur la dynamique évolutive du virus et sur la nature des modifications en acides aminés induites par les mutations présentes dans le génome viral.

      Les chercheurs ont également analysé la diffusion de mutations à travers les États-Unis. C’est ainsi que la plupart des mutations présentes dans les variants Alpha et Epsilon ont diffusé dans 14 États, en particulier dans le Michigan, la Floride et le Texas. La mutation T478K a notamment augmenté sur la période considérée de plus de 60 fois au Texas et d’au moins 10 fois dans l’Etat de Washington, en Californie et en Oregon. Cette mutation augmente l’expression de la protéine spike et la liaison au récepteur cellulaire ACE2.

      Surtout, Cyrus Maher, Amalio Telenti et leurs collègues indiquent qu’il aurait été possible de prévoir l’apparition de mutations lors de la deuxième vague et de la troisième vague. Selon eux, concernant les variants indiens Delta, Kappa (B.1.617.1) et B.1.617.3, on aurait pu prévoir dès juillet 2020 que la mutation L452R allait gagner en fréquence. Même chose, pour la mutation P618R qui, selon eux, aurait pu être prévisible en octobre 2020. En revanche, concernant la mutation E484Q, présente dans le variant Kappa et B.1.617.3, elle n’aurait pas pu être prévue avant mars 2021.

      Selon ces chercheurs, leur approche est donc, rétrospectivement, « assez robuste pour prédire, plusieurs mois à l’avance, des mutations clés lors de la deuxième et troisième vague de la pandémie ». Ils en concluent qu’il aurait été possible d’alerter précocement sur la montée en puissance de ces mutations avant qu’elles n’atteignent des niveaux inquiétants à l’échelle globale.

      [...]

      Il apparaît donc que la situation actuelle, caractérisée par une couverture vaccinale encore largement insuffisante dans les pays qui vaccinent, favorise l’émergence de variants dont on ne sait pas s’ils seront toujours sensibles aux vaccins actuels. En effet, on ne peut totalement exclure la possibilité, dans un futur plus ou moins proche, de survenue d’#infections_post-vaccinales (breakthrough infections) imputables à des variants devenus capables de contourner l’immunité vaccinale. Des cas d’infections post-vaccinales liées au variant Delta ont été rapportés dans un article paru le 4 juillet 2021 sur le site medXriv, chez six personnes qui avaient assisté à un mariage à Houston (Texas) et qui étaient complètement vaccinés (Pfizer, Moderna, Coxavin).

      Les données actuellement disponibles semblent néanmoins montrer que le risque d’un échappement immunitaire post-vaccinal total est bien moins important que celui d’une transmissibilité accrue. Pour autant, certains virologues évolutionnistes estiment qu’une résistance, au moins partielle, aux vaccins actuels est inévitable, une prédiction qui ne peut être négligée ou ignorée, rappellent Roberto Burioni (Università Vita-Salute San Raffaele, Milan) et Eric Topol (Scripps Research Institute, La Jolla, Californie) dans un éditorial paru le 21 juin dans la revue Nature Medicine. « En tout état de cause, une chose est sûre : l’émergence de variants capables d’échapper aux vaccins, si cela a lieu, sera rendu plus probable si le virus diffuse et se réplique », ajoutent ces chercheurs.

      Il importe donc de rester en alerte afin d’être en mesure de détecter une éventuelle émergence de variants résistants à la vaccination et, le cas échéant, d’y faire face en développant rapidement des vaccins conçus en tenant compte des mutations problématiques observées.

      On l’a compris, il est donc crucial de maintenir le nombre d’infections au plus bas niveau possible partout dans le monde, pas seulement dans les pays riches mais également dans les pays en voie de développement. En effet, l’histoire de ce virus nous a vite appris qu’il ne connaît aucune frontière. Enfin, dans ce contexte pandémique, il n’est absolument pas souhaitable que chacun d’entre nous apprenne la totalité des 24 lettres de l’alphabet grec.

      #échappement_vaccinal #vaccins