تطور الفيروسات واللقاحات

الفيروس آلة نسخ

لا يستطيع الفيروس أن ينسخ نفسه بمفرده. عليه أن يدخل خلية حية ويستعير آلية تلك الخلية. وحين يصبح بداخلها، ينتج نسخة بعد نسخة بعد نسخة.

وكل نسخة فرصة لخطأ. والخطأ في الشفرة الوراثية طفرة. ومعظم الطفرات لا يفعل شيئاً مفيداً. وقلة منها تغيّر الفيروس بطرق مهمة.

هذا تطور عادي. لكنه يجري بسرعة كبيرة جداً.

لماذا تتحور فيروسات الرنا بهذه السرعة

تخزّن الإنفلونزا وSARS-CoV-2 جيناتها في الرنا (RNA) لا في الحمض النووي DNA. وهنا تعمل ثلاثة أمور معاً.

النسخ مهمل. تنسخ خلاياك الحمض النووي DNA بخطوة مراجعة. فتجد معظم الأخطاء وتصلحها. أما الإنزيم الذي ينسخ رنا الإنفلونزا فليست لديه خطوة مراجعة على الإطلاق.

وتبلغ المعدلات المقيسة لكثير من فيروسات الرنا نحو 0.1 إلى 1 خطأ جديد في الجينوم كله في كل مرة يُنسخ فيها. وبعبارة بسيطة، كثيراً ما يختلف جسيم الفيروس الجديد عن أصله بحرف واحد. أما خلاياك فترتكب الأخطاء بتكرار أقل من ذلك بكثير.

الأعداد هائلة. يستطيع شخص مصاب واحد أن يحمل مليارات من جسيمات الفيروس. وحين يحدث النسخ هذا العدد من المرات، يكاد يكون من المؤكد أن يظهر حتى الخطأ النادر في مكان ما.

الأجيال قصيرة. يمكن أن تُصنع جسيمات الفيروس الجديدة في غضون ساعات. ويستطيع فيروس الإنفلونزا أن يمر بأجيال في أسبوع واحد داخل شخص واحد أكثر مما تمر به عائلة بشرية في ثلاثمئة سنة.

النسخ المهمل والأعداد الضخمة والأجيال القصيرة هي المكونات الثلاثة للتطور السريع. والفيروسات تملكها كلها.

وهناك استثناء مثير للاهتمام. تحمل الفيروسات التاجية، ومنها SARS-CoV-2، بروتيناً يسمى nsp14 يعمل مراجعاً ويزيل بعض الحروف الخاطئة. وهذا يجعلها أبطأ في التحور من الإنفلونزا. لكنه لم ينقذنا من المتحورات، وسبب ذلك يستحق أن نفهمه.

الانجراف المستضدي: التغيّر السنوي الصغير

تتناثر على سطح فيروسات الإنفلونزا بروتينان سطحيان. أحدهما الهيماغلوتينين (hemagglutinin)، ويُختصر عادة إلى HA. والآخر النيورامينيداز (neuraminidase)، أو NA. وحرفا H وN في اسم مثل H3N2 يأتيان من هذين البروتينين.

يتعلم جهازك المناعي شكل HA وNA. فيبني أجساماً مضادة تتشبث بهما وتعيق الفيروس.

والآن أضف الطفرة. تظل تغيّرات صغيرة تدفع شكل HA وNA قليلاً في كل مرة. وتسمي مراكز مكافحة الأمراض والوقاية منها (CDC) هذا الانجراف المستضدي (antigenic drift). كل تغيّر منفرد طفيف. لكن موسماً بعد موسم تتراكم التغيّرات.

وفي النهاية ينجرف السطح بما يكفي ليكف ما دُرّب من أجسام مضادة على إنفلونزا العام الماضي عن الإمساك به جيداً. ويتسلل الفيروس عبر دفاعات كانت تعمل.

ولهذا يمكنك أن تصاب بالإنفلونزا مرة بعد مرة طوال حياتك، ولهذا لا يمكن بناء اللقاح مرة واحدة وتركه.

التحوّل المستضدي: القفزة الكبيرة النادرة

لفيروس الإنفلونزا A حيلة ثانية، وهي غريبة. فجينومه ليس خيطاً واحداً. بل هو مقسّم إلى ثماني قطع منفصلة.

وإذا أصاب فيروسا إنفلونزا مختلفان الخلية نفسها في وقت واحد، يمكن أن تُخلط القطع وتُعاد تعبئتها. فيمكن لخنزير، مثلاً، أن يُصاب بإنفلونزا الطيور وإنفلونزا الإنسان معاً. وقد يحمل الفيروس الخارج بروتين HA لم يقابله تقريباً أي جهاز مناعي بشري من قبل.

هذا هو التحوّل المستضدي (antigenic shift). إنه تغيّر مفاجئ كبير لا بطيء.

والتحوّل نادر. وهو أيضاً الطريقة التي تبدأ بها معظم جوائح الإنفلونزا. فقد شملت جوائح 1918 و1957 و1968 و2009 جميعها فيروسات إنفلونزا A كانت جديدة على معظم الناس. وحمل فيروس جائحة H1N1 عام 2009 خليطاً من الجينات ذات أصول من إنفلونزا الخنازير والطيور والإنسان.

وطريقة مفيدة للتذكر: الانجراف تعديل بطيء في غلاف كتاب. والتحوّل غلاف جديد كلياً.

لماذا يُعاد بناء لقاح الإنفلونزا كل عام

لأن الإنفلونزا تنجرف، فعلى اللقاح أن يلاحقها. وهذه الملاحقة منظمة، وتحدث مقدماً.

تدير منظمة الصحة العالمية شبكة ترصد عالمية. تجمع مختبرات في بلدان كثيرة فيروسات الإنفلونزا من المرضى طوال العام وترسل البيانات. ومرتين في السنة تعقد المنظمة مشاورة وتوصي بما ينبغي أن يحتويه اللقاح التالي. ويُعقد اجتماع النصف الشمالي من الكرة الأرضية في فبراير. ويُعقد اجتماع النصف الجنوبي في سبتمبر.

ثم يقرر كل بلد لنفسه. وفي الولايات المتحدة تتخذ إدارة الغذاء والدواء (FDA) القرار النهائي للقاحات المحلية، عادة في فبراير أو مارس.

لقاحات الإنفلونزا الأمريكية الحديثة ثلاثية التكافؤ (trivalent). أي أنها تحتوي ثلاثة مكونات: فيروس إنفلونزا A(H1N1)، وفيروس إنفلونزا A(H3N2)، وفيروس إنفلونزا B من سلالة فيكتوريا (Victoria).

لاحظ مشكلة التوقيت. فالقرار يُتخذ في أواخر الشتاء. ويصل اللقاح إلى الناس في الخريف التالي. ويستغرق التصنيع شهوراً، ولذلك يجب أن يكون الاختيار توقعاً لا تقريراً.

وفي بعض السنوات يكون التوقع جيداً جداً. وفي بعضها تنجرف الفيروسات المنتشرة بعد اتخاذ القرار، فيضعف التطابق. وهذا ليس إخفاقاً للعلم. إنه ما يحدث حين يكون عليك أن تتنبأ باتجاه جماعة متطورة قبل عدة أشهر.

التطور وهو يُشاهَد مباشرة: SARS-CoV-2

كانت جائحة كوفيد-19 المرة الأولى التي شاهد فيها البشر فيروساً يتطور على نطاق عالمي، تقريباً في الوقت الحقيقي. فقد نُشرت ملايين تسلسلات جينومات الفيروس علناً. واستطاع العلماء أن يروا سلالات جديدة تصعد وتهبط أسبوعاً بعد أسبوع.

حُدد متحور ألفا في بريطانيا في أواخر عام 2020 وانتشر أسرع من النسخ التي سبقته. وحُدد دلتا في الهند وقاد موجات شديدة طوال عام 2021. ثم في 26 نوفمبر 2021 سمّت منظمة الصحة العالمية متحوراً مثيراً للقلق جديداً: أوميكرون.

حمل أوميكرون عدداً غير معتاد من التغيّرات. وأحصى أول موجز تقني للمنظمة نحو 26 إلى 32 منها في بروتين السنبلة (spike) وحده. والسنبلة هي المقبض الذي يستخدمه الفيروس لدخول الخلايا، وهي الهدف الرئيسي لأجسامنا المضادة. واجتاح أوميكرون العالم في غضون أسابيع.

تذكّر أن SARS-CoV-2 لديه مراجع ويتحور أبطأ من الإنفلونزا. ومع ذلك أنتج كل ذلك في نحو عامين. والسبب هو الحجم. فمئات الملايين من العدوى، تنتج كل منها مليارات النسخ، تتراكم لتعطي عدداً هائلاً فلكياً من الفرص. ومعدل خطأ منخفض مضروباً في عدد عملاق من النسخ ما زال يعطيك طفرات كثيرة.

الطفرة عشوائية. أما الانتشار فلا.

هذه أهم فكرة في هذه الصفحة، ومن السهل أن تُفهم معكوسة.

تحدث الطفرات بالمصادفة. فالفيروس لا يحاول الهرب من لقاح، ولا يعرف أن اللقاح موجود. ليست له أهداف على الإطلاق.

لكن ما يحدث بعد ذلك ليس عشوائياً. فالتغيّر الذي يتيح للفيروس أن يصيب الخلايا بسهولة أكبر، أو أن ينسخ نفسه أسرع، أو أن يتسلل من الأجسام المضادة الموجودة، يُمرَّر إلى أحفاد أكثر. والتغيّر الذي يجعل الفيروس أسوأ في أي من ذلك يختفي. ومن بين سحابة ضخمة من التغيّرات العشوائية، تكون التي تنتشر جيداً هي التي ينتهي بنا الأمر إلى تسميتها.

ولذلك يبدو النمط هادفاً، وهو ليس كذلك. إنه الانتقاء الطبيعي يعمل على الطفرة، تماماً كما يفعل في مقاومة المضادات الحيوية.

مقارنة مع الحصبة

لو كانت الفيروسات تسبق اللقاحات دائماً، لكان لقاح الحصبة قد فشل منذ زمن طويل. لكنه لم يفشل. فاللقاح الذي استُخدم أول مرة في ستينيات القرن العشرين ما زال يعمل.

فيروس الحصبة فيروس رنا، وهو يتحور فعلاً. وقد سمّى العلماء نحو أربعة وعشرين نمطاً وراثياً (genotype) له. والنمط الوراثي مجموعة تُعرَّف بتسلسلها الجيني. لكن كل هذه الأنماط الوراثية ما زالت تنتمي إلى نمط مصلي (serotype) واحد، وهو مجموعة لا يستطيع الجهاز المناعي التمييز بين أفرادها. والأجسام المضادة التي دُربت على فيروس حصبة واحد ما زالت تتعرف على كل الفيروسات الأخرى.

لماذا هذا الفرق؟ يدخل فيروس الحصبة الخلايا عبر باب ضيق جداً. إنه يستخدم نقاط رسوّ محددة على سطح الخلية تسمى المستقبِلات (receptors)، منها مستقبِل اسمه CD150 على خلايا مناعية معينة، وآخر اسمه nectin-4 على خلايا مجرى الهواء. ويجب أن تظل بروتينات سطح الفيروس تلائم هذه المستقبِلات بدقة.

وتمسك الأجسام المضادة أيضاً عدة أجزاء من هذه البروتينات في وقت واحد، لا موضعاً واحداً فقط. ولذلك فالتغيّر الذي يخفي الفيروس عن الأجسام المضادة يفسد عادة قدرته على دخول الخلايا في الوقت نفسه.

تستطيع الإنفلونزا أن تتحمل إعادة تزيين سطحها. أما الحصبة فلا. العملية نفسها، لكن القيود مختلفة، والنتيجة مختلفة جداً.

وهذه المقارنة مفيدة حقاً. فهي تبيّن أن «الفيروسات تتطور» لا تعني «اللقاحات تتوقف عن العمل». وتعتمد حاجة اللقاح إلى التحديث على مقدار الحرية التي يملكها ذلك الفيروس بعينه ليتغير.

الخلاصة

الفيروسات هي أوضح مثال يومي على التطور قد نقابله في حياتنا.

الإنفلونزا تنجرف، ولذلك يُعاد بناء اللقاح كل عام من بيانات رصد حديثة. ويستطيع فيروس الإنفلونزا A أيضاً أن يتحوّل، وهكذا تبدأ الجوائح. ويتحور SARS-CoV-2 ببطء بالنسبة إلى فيروس رنا، لكنه أصاب عدداً هائلاً من الناس فظهرت المتحورات رغم ذلك. والحصبة تتحور أيضاً، لكنها لا تستطيع الهرب من لقاحها، لأن سطحها مثبَّت بالمهمة التي عليه أن يؤديها.

ولا يحاول أي من هذه الفيروسات أن يفعل شيئاً. إنها تُنسخ، وترتكب أخطاء، والنسخ التي تنتشر أفضل تصبح هي النسخ التي نراها.

وإن أردت الآلية الكامنة، فاقرأ الانتقاء الطبيعي. وإن أردت مثالاً آخر يُقاس في المستشفيات كل عام، فاقرأ مقاومة المضادات الحيوية.