07 Apr 2020
EVOLUZIONE GENETICA DELLA COVID-19
Posted by Forrest Group Minerva
Creato: 07 Aprile 2020

Ecco come gli scienziati stanno monitorando l'evoluzione genetica della COVID-19

Quando senti il termine "albero evolutivo", potresti pensare Charles Darwin e allo studio delle relazioni tra le diverse specie nell'arco di milioni di anni.


gif covid 19 024Perché gli scienziati si preoccupano delle mutazioni del coronavirus? Alexandr Gnezdilov Light Painting
Mentre il concetto di "albero evolutivo" è nato da "Sull'origine delle specie" di Darwin, si può applicare questo concetto a tutto ciò che si evolve, virus compresi. Gli scienziati possono studiare l'evoluzione del SARS-CoV-2 per saperne di più su come funzionano i geni del virus. È anche utile fare deduzioni sulla diffusione del virus nel mondo, e quale tipo di vaccino può essere più efficace.

Sono un bioinformatico che studia le relazioni tra epidemie ed evoluzione virale, e sono tra i molti ricercatori che stanno studiando l'evoluzione del SARS-CoV-2 perché può aiutare i ricercatori, e i funzionari della sanità pubblica, a monitorare la diffusione del virus nel tempo. Quello che stiamo scoprendo è che il virus SARS-CoV-2 sembra mutare più lentamente dell'influenza stagionale, particolarità che consente agli scienziati di sviluppare un vaccino.

Come si evolvono le sequenze?

gif covid 19 025Charles Darwin. Primo diagramma di un albero evolutivo, disegnato nel 1837. Biblioteca dell'Università di Cambridge I virus si evolvono mutando. Cioè, nel tempo, ci sono cambiamenti nel loro codice genetico. Il modo in cui succede è un po' come quel gioco fatto al telefono. Amy, è la prima giocatrice e la sua parola è "CAT". Sussurra la sua parola a Ben, che per caso sente "MAT". Ben, sussurra la sua parola a Carlos, che sente "MAD". Mentre il gioco al telefono continua, la parola si trasformerà sempre più lontanamente dalla sua forma originale.

Possiamo pensare a un materiale genetico biologico come una sequenza di lettere e, nel tempo, le sequenze mutano: le lettere della sequenza possono cambiare. Gli scienziati hanno sviluppato vari modelli di evoluzione delle sequenze per aiutarli a studiare come si verificano le mutazioni nel tempo.

Proprio come il nostro gioco al telefono, la sequenza del genoma del virus SARS-CoV-2 cambia nel tempo: le mutazioni si verificano in modo casuale, e tutti i cambiamenti che si verificano in un determinato virus saranno ereditati da tutte le copie della generazione successiva. Quindi, per quanto potessimo provare a decodificare come "CAT" è diventato "MAD", gli scienziati possono usare modelli sull'evoluzione genetica per cercare di determinare la più probabile storia evolutiva del virus.

Come possiamo applicarlo al virus della COVID-19?

Il sequenziamento del DNA è il processo di ricerca sperimentale della sequenza di nucleotidi (A, C, G e T) [N.d.r.: adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T)] - i mattoni chimici dei geni - di un pezzo di DNA. Il sequenziamento del DNA è ampiamente utilizzato per studiare le malattie e la genetica umana, ma negli ultimi anni, il sequenziamento, è diventato una parte routinaria della cura virale e poiché il sequenziamento diventa sempre più economico, diventerà ancora più frequente con il passare del tempo.

L'RNA è una molecola simile al DNA ed è essenzialmente una copia temporanea di un breve segmento di DNA. Nello specifico, nel dogma centrale della biologia, il DNA è trascritto nell’RNA. Il SARS-CoV-2 è un virus RNA, il che significa che le nostre tecnologie di sequenziamento del DNA non possono decodificarlo direttamente. Tuttavia, gli scienziati possono prima trascrivere l'RNA del virus in DNA complementare (o cDNA), che può quindi essere sequenziato.

Sulla base di una raccolta di sequenze di genomi virali, possiamo usare i nostri modelli di evoluzione delle sequenze per prevedere la storia del virus, e possiamo usarli per rispondere a domande come "Quanto velocemente si verificano le mutazioni?" o "In quale parte del genoma si verificano le mutazioni?" Sapere quali geni mutano frequentemente può essere utile nella progettazione di farmaci.

Tracciare il modo in cui i virus sono cambiati in una posizione può anche rispondere a domande come "Quanti focolai separati esistono nella mia comunità?" Questo tipo di informazioni può aiutare i funzionari della sanità pubblica a contenere la diffusione del virus.

Per la COVID-19, c'è stata un'iniziativa globale per condividere i genomi virali con tutti gli scienziati. In base alla raccolta di sequenze con le date dei campioni, gli scienziati possono inferire la storia evolutiva dei campioni in tempo reale e utilizzare le informazioni per inferire la storia delle trasmissioni.

Una di queste iniziative è Nextstrain, un progetto open source che fornisce agli utenti rapporti in tempo reale sulla diffusione dell'influenza stagionale, dell'ebola e di molte altre malattie infettive. Più recentemente, hanno guidato il tracciamento evolutivo della COVID-19 fornendo un'analisi in tempo reale e un rapporto sulla situazione che dovrebbe essere leggibile dal pubblico in generale [N.d.r.: lo abbiamo già proposto qui]. Inoltre, consentono alla popolazione globale di beneficiare dei propri sforzi traducendo il rapporto sulla situazione in molte altre lingue.

Con l'aumentare della quantità di informazioni disponibili, gli scienziati hanno bisogno di strumenti più veloci per essere in grado di masticare i numeri. Il mio laboratorio, alla UC San Diego, in collaborazione con il System Energy Efficiency (SEE) Lab guidato dalla professoressa Tajana Šimunić Rosing, sta lavorando per creare nuovi algoritmi, strumenti software e hardware per effettuare l'analisi in tempo reale dell'epidemia della COVID-19 più fattibile.
gif covid 19 026Albero evolutivo dei genomi COVID-19 inferito da Nextstrain. da nextstrain.org/ncov
 

Cosa abbiamo imparato sull'epidemia?

Sulla base dei dati attuali, sembra che il SARS-CoV-2 muti molto più lentamente dell'influenza stagionale. In particolare, il SARS-CoV-2 sembra avere un tasso di mutazione inferiore a 25 mutazioni all'anno, mentre l'influenza stagionale ha un tasso di mutazione di quasi 50 mutazioni all'anno.

Dato che il genoma del SARS-CoV-2 è quasi due volte più grande del genoma dell'influenza stagionale, sembra che l'influenza stagionale muti all'incirca quattro volte più velocemente del SARS-CoV-2. Il fatto che l'influenza stagionale muti così rapidamente è il motivo per cui è in grado di eludere i nostri vaccini, quindi il tasso di mutazione significativamente più lento del SARS-CoV-2 ci dà speranza per il potenziale sviluppo di vaccini efficaci a lungo termine contro il virus.

6 aprile 2020 8.06 EDT
Niema Moshiri - Assistant Teaching Professor of Computer Science & Engineering, University of California San Diego

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Tratto da:
https://theconversation.com/heres-how-scientists-are-tracking-the-genetic-evolution-of-covid-19-134201


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