Hoe virussen zich verspreiden, muteren en tot nieuwe varianten worden

Een virus heeft een gastcel nodig om kopieën van zichzelf te maken. Elke keer dat dit kopiëren gebeurt, is er een kans dat de nieuwe kopie enigszins van het origineel verschilt – een verandering die een mutatie wordt genoemd. Voldoende mutaties die in één lijn geaccumuleerd zijn, en gezondheidsagentschappen gaan het een variant noemen. Herhaald over miljoenen infecties, is dit hoe respiratoire virussen zoals influenza of SARS-CoV-2 in de loop der tijd veranderen.

Hoe een virus van persoon tot persoon beweegt

De Wereldgezondheidsorganisatie groepeert de manieren waarop respiratoire virussen tussen mensen bewegen in contact-, druppel- en luchtoverdracht. Contactoverdracht vindt plaats wanneer virushoudende secreta rechtstreeks tussen mensen of indirect via een besmette oppervlakte worden doorgegeven. Druppeloverdrachtbetaat grotere respiratoire deeltjes – meer dan 5 tot 10 micrometer groot – die op de grond vallen of op de mond, neus of ogen van een ander persoon landen binnen ongeveer een meter. Luchtoverdracht betreft kleinere deeltjes die in de lucht zweven en verder kunnen reizen; de WHO zegt dat deze route het duidelijkst is gedocumenteerd tijdens medische procedures die aerosolen genereren.

In zijn commentaar op SARS-CoV-2 stelt de WHO vast dat clusters van gevallen zijn gemeld in drukke, slecht geventileerde binnenruimten – restaurants, sportscholen, plaatsen van aanbidding – vooral na nauwe contacten die ongeveer een uur of langer duren. Ventilatie, fysieke afstand en samen doorgebrachte tijd beïnvloeden allemaal hoe gemakkelijk een respiratoir virus door een groep beweegt.

De verspreiding meten: het voortplantingsgetal

Epidemiologen vatten samen hoe snel een infectie zich verspreidt met het basisvoortplantingsgetal, R0 – het verwachte aantal nieuwe infecties veroorzaakt door één geïnfecteerde persoon in een volledig gevoelige populatie, volgens een review gepubliceerd op het PubMed Central (PMC) platform van de US National Institutes of Health. Als R0 boven 1 ligt, geeft een typische geïnfecteerde persoon het virus gemiddeld door aan meer dan één ander persoon en breidt het uitbraak uit; als het onder 1 blijft, krimpt de uitbraak. De review merkt op dat R0 afhangt van het contactpercentage tussen mensen, de kans op overdracht per contact en hoe lang iemand besmettelijk blijft – niet alleen van de pathogeen.

Van kopierfout naar mutatie

Mutaties zijn niet iets dat een virus opzettelijk doet. Volgens de WHO zijn mutaties eenvoudig de veranderingen die optreden wanneer het genetische materiaal van een virus wordt gekopieerd; het agentschap merkt op dat hoe meer een virus zich verspreidt en repliceert, hoe meer kansen het heeft om dergelijke veranderingen op te pikken. RNA-virussen zoals coronaviren en influenza accumuleren deze kopieerfouten bijzonder vaak, volgens een uitleg gepubliceerd door Science News Explores, een publicatie van de Society for Science.

De US Centers for Disease Control and Prevention (CDC) stellen dat SARS-CoV-2 blijft mutaties accumuleren in zijn genetische sequentie terwijl het blijft circuleren. De meeste van deze veranderingen maken geen merkbare verschil in het gedrag van het virus.

Wanneer een mutatie een variant wordt – en misschien een stam

De WHO definieert een variant als een virus met een of meer nieuwe mutaties in vergelijking met de versie waarvan het afstamt. Science News Explores trekt een verder onderscheid: een variant wordt slechts een stam zodra onderzoekers kunnen aantonen dat het een echt nieuwe biologische capaciteit heeft, zoals zich gemakkelijker verspreiden, ernstiger ziekte veroorzaken of partieel immuuniteit geworpen door eerdere infectie of vaccinatie. Volgens deze logica is elke stam een variant, maar niet elke variant kwalificeert als stam.

Of een nieuwe variant zich verspreidt, hangt af van natuurlijke selectie. Veranderingen die een viruskopie van zichzelf minder in staat stellen cellen te infecteren, verdwijnen meestal snel, terwijl veranderingen die het virus beter geschikt maken voor zijn huidige omgeving – besmettelijker, beter in staat immuunverdedigingen te omzeilen, of beide – meestal in de loop der tijd frequenter worden, volgens Science News Explores. Omdat grote uitbraken meer infecties genereren, en dus meer replicatiegebeurtenissen, geeft aanhoudend hoge besmettingsvermogen een virus meer kansen om het soort mutatie voort te brengen dat in een succesvolle nieuwe variant verandert.

Hoe agentschappen nieuwe varianten volgen

Om gelijke tred te houden met virale verandering, voert de CDC genomische bewaking uit: laboratoria volgen de genetische code van virusmonsters van patiënten en uploaden de sequenties naar gedeelde databases zodat onderzoekers ze kunnen vergelijken. De agentschap groepeert gerelateerde sequenties in lijnen met behulp van het Pango nomenklatuursysteem, een naamgevingskader dat internationaal door instanties van openbare gezondheid en onderzoekers wordt gebruikt om te volgen hoe lijnen zich tot elkaar verhouden en zich in de loop der tijd verspreiden, volgens de CDC.

Bewaking combineert deze genetische gegevens met fenotypische gegevens – directe laboratorium- of klinische waarnemingen van hoe een variant zich werkelijk gedraagt – om te beoordelen of bestaande tests, behandelingen en vaccins er nog tegen werken, zegt de CDC. De WHO voegt toe dat COVID-19-vaccins zijn ontworpen om een brede immuunrespons uit te lokken waarbij meerdere soorten antilichamen en immuuncellen betrokken zijn, wat is waarom individuele mutaties van zichzelf onwaarschijnlijk een vaccin volledig ondoeltreffend maken; als een variant aanzienlijk bescherming vermindert, zegt de WHO dat vaccinsamenstelling als reactie kan worden bijgewerkt.