Getur kórónuveiran sem veldur COVID-19 stökkbreyst og orðið hættulegri?

Arnar Pálsson, 15/04/2020

Arnar Pálsson. „Getur kórónuveiran sem veldur COVID-19 stökkbreyst og orðið hættulegri?“ Vísindavefurinn, 26. mars 2020. Sótt 15. apríl 2020. http://visindavefur.is/svar.php?id=79040.

Í huga almennings eru stökkbreytingar oft tengdar við dramatískar breytingar og ofurkrafta. Persónur og ofurhetjur eins og Prófessor Xavier, Mystiqe/Raven og Caliban úr sögum og kvikmyndum um X-mennin eru allt dæmi um einstaklinga sem öðluðust sérstaka hæfileika vegna stökkbreytinga. Í raunveruleikanum eru stökkbreytingar yfirleitt mun vægari. Orðið stökkbreyting er því í raun misvísandi þar sem það gefur til kynna að róttækar breytingar verði á eiginleikum lífvera. Staðreyndin er sú að aðeins örlítill minnihluti breytinga á erfðaefni veldur stökkum í útliti, háttum eða hæfni lífvera.[1] Orðið erfðafrávik væri því mun betra nafn yfir þær breytingar sem verða á erfðaefni lífvera.

Margir ímynda sér að stökkbreytingar feli í sér róttækar breytingar á eiginleikum lífvera, eins og á við um í kvikmyndum um X-mennin. Flestar stökkbreytingar sem ná einhverri tíðni í stofni (meira en 0,1%) eru hlutlausar og hafa hvorki jákvæð né neikvæð áhrif á hæfni einstakling sem ber hana.

Tíðni stökkbreytinga er mismunandi eftir lífverum. Í hverri kynfrumu manna eru um 20 til 70 nýjar stökkbreytingar. Veirur stökkbreytast mun hraðar.[2] Meira máli skiptir að stökkbreytingar geta haft missterk áhrif á lífverur og hæfni þeirra. Þeim má skipta í þrjár gerðir með tilliti til áhrifa á hæfni, það er jákvæðar, neikvæðar eða hlutlausar. Hæfni er hér þróunarfræðilegt hugtak sem segir til um hlutfallslega getu einstaklinga í lífsbaráttunni, til dæmis til að fjölga sér, lifa af við erfiðar aðstæður eða sleppa frá afræningjum.[3] Aðeins örlítill minnihluti stökkbreytinga er jákvæður og eykur hæfni einstaklinga sem bera þær. Þessar stökkbreytingar geta aukið hæfni með því til dæmis að gera einstaklingum kleift að fjölga sér hraðar eða lifa lengur. Jákvætt náttúrulegt val mun leiða til þess að einstaklingum með slíkar jákvæðar stökkbreytingar fjölgar í tíðni á kostnað annara gerða. Að endingu getur jákvæða stökkbreytingin orðið allsráðandi, það er að segja allir einstaklingar í stofninum bera hana. Þannig þróast lífverur og verða betur aðlagaðar. Mun stærra hlutfall nýrra stökkbreytinga hefur neikvæð áhrif á hæfni, til dæmis með því að raska mikilvægum genum. Þessar breytingar ná aldrei mikilli tíðni í stofni vegna þess að þær draga til dæmis úr lífslíkum eða frjósemi einstaklinga og hreinsandi náttúrulegt val fjarlægir þær. Þriðja gerð stökkbreytinga eru hinar hlutlausu. Það þýðir að ný stökkbreyting hefur hvorki neikvæð né jákvæð áhrif á hæfni einstaklings sem ber hana. Flestar stökkbreytingar sem ná einhverri tíðni í stofni (meira en 0,1%) eru af þessari gerð. Slíkar breytingar geta náð umtalsverðri tíðni í stofni, og hluti þeirra nær 100% tíðni sem þýðir að allir einstaklingar eru arfhreinir um frávikið. Þessar breytingar eru kjarninn í sameindaklukkunni (e. molecular clock) sem er notuð til að meta hraða þróunar lífvera. Sameindaklukkuna má líka nota til að meta hraða þróunar veira eins og lífupplýsingafræðingurinn Trevor Bedford og samstarfsmenn hafa gert í rannsóknum á smitferli og þróun vesturnílarveirunnar, inflúensu og nú SARS-CoV-2 sem veldur sjúkdómnum COVID-19.

Upplýsingar um frávik í erfðaefni vesturnílarveiru, sem greindist fyrst í Vestur-Nílarhéraði í Úganda, sýna fjölbreytileika og smitleiðir á árabilinu 1998 og 2018. A. Ættartré raðgreindra veiru erfðamengja, litir sýna smit á svæðum. B. Smitleiðir tilfella sem bárust frá Bandaríkjunum til Mið- og Suður-Ameríku. Smellið á myndina til að sjá stærra eintak af henni.

Samantekt:

  • Stökkbreytingar geta haft jákvæð, neikvæð eða engin áhrif á þróunarfræðilega hæfni einstaklinga.
  • Það er frekar ólíklegt að stökkbreytingar leiði til þess að SARS-CoV-2-veiran verði hættulegri.
  • Ekki er ástæða til að hræðast stökkbreytingar í veirunni sérstaklega því flest erfðafrávik eru hlutlaus.
  • Nota má breytileika í erfðasamsetningu sýkla til að rekja smitleiðir í tíma og rúmi.

Tilvísanir:

  1. ^ Arnar Pálsson. Geta lífverur þróast í stökkum vegna stökkbreytinga? Vísindavefurinn, 5. mars 2020. (Sótt 25.03.2020).
  2. ^ Meðal annars vegna þess að samband er milli stærð erfðamengis og stökkbreytitíðni – sjá Stökkbreytast veirur hraðar en flóknar lífverur?
  3. ^ Einar Árnason. Hvernig urðu litlu frumurnar í sjónum að mönnum og dýrum? Vísindavefurinn, 10. febrúar 2000. (Sótt 25.03.2020).

Heimildir:

Myndir:

categories General biology, Vísindavefur - svör