Le nuove varianti di SARS-CoV-2 e il loro impatto in salute...

La storia dell’uomo è stata da sempre caratterizzata dalla comparsa di epidemie e/o pandemie anche prima di quella attuale, causata dal nuovo coronavirus SARS-CoV-2. Mai come adesso, però, forte è stato l’impatto che la pandemia ha avuto nel rendere universali conoscenze e concetti di Virologia, fin qui materia per pochi studiosi del settore. Ecco allora che termini come R0, spike, genoma, antigene e variante sono diventati di uso comune, spesso con conseguenti imprecisioni sulla loro esatta definizione ed interpretazione. Fra tutti, il termine “variante” è quello che forse ha assunto la più ampia universalità.

Come accade naturalmente a tutti i virus, in particolare quelli dotati di un genoma a RNA, il SARS-CoV-2 fin dalla sua comparsa ha iniziato a cambiare, introducendo nel genoma nuove mutazioni che il virus ha selezionato in base alla loro capacità di dare un vantaggio evolutivo. Sebbene la capacità di mutare sia minore per il SARS-CoV-2 rispetto a molti altri virus a RNA (1), il ceppo originario di Wuhan si è rapidamente diversificato in ceppi che, favoriti dall’introduzione di una o più mutazioni, hanno acquisito una migliore fitness e sono presto diventati prevalenti. Un isolato di SARS-CoV-2 mutato rispetto al virus originale è indicato col termine di “variante”. Finora sono state identificate in tutto il mondo centinaia di varianti di SARS-CoV-2, molte delle quali caratterizzate da mutazioni che influenzano significativamente la biologia del virus. La comparsa di mutazioni ha infatti prevalentemente interessato il gene S del genoma di SARS-CoV-2, il cui prodotto proteico è deputato all’interazione con la cellula ospite ed è bersaglio principale della risposta immunitaria all’infezione. Altre regioni geniche hanno acquisito mutazioni, a dimostrazione di come l’intero genoma di SARS-CoV-2 stia subendo una forte pressione selettiva al cambiamento.

Classificazione delle varianti

L’evoluzione del virus è costantemente sotto attento monitoraggio da parte della comunità scientifica che, molto opportunamente, ha ritenuto di classificare le diverse varianti fin qui emerse in base al loro impatto sulla patogenesi, sulla clinica e sulla terapia del virus, attuando una sorta di screening volto a selezionare le sole varianti realmente significative. Attualmente, l’Organizzazione Mondiale della Sanità raccomanda di identificare le varianti con lettere dell’alfabeto greco e di suddividerle in due gruppi principali: le varianti di preoccupazione (Variants of Concern, VOC) e le varianti di interesse (Variants of Interest, VOI) (Tabella 1).

È evidente come tale classificazione sia provvisoria perché dinamica e in costante aggiornamento, dovendo tener conto della continua comparsa di nuove varianti e dell’acquisizione di sempre più approfondite conoscenze su quelle già circolanti (2).

Un mutante di SARS-CoV-2 acquisisce la patente di VOI quando diventa capace di produrre cluster epidemici ad elevata trasmissibilità e/o risulta circolare in più aree del mondo. Ma è verso le VOC che è rivolta la più grande attenzione, visto che questi mutanti hanno acquisito le caratteristiche fenotipiche di maggior impatto sulle misure di prevenzione e controllo dell’infezione da SARS-CoV-2. Queste caratteristiche, infatti, possono essere associate ad una più elevata trasmissibilità, una maggior gravità della malattia, un più probabile rischio di reinfezione e un effetto di immune escape nei confronti di anticorpi monoclonali e/o risposta protettiva indotta dai vaccini (3). Non secondario è poi l’impatto che le VOC hanno sui test molecolari (e/o antigenici) usati per la diagnosi d’infezione. C’è evidenza, infatti, che le performance di alcuni saggi molecolari siano influenzate dalla presenza di mutazioni e forte è la raccomandazione all’uso di test multiplex che non abbiano esclusivamente il gene S come target d’amplificazione. Anche il possibile impatto di nuove mutazioni sui test diagnostici basati sulla rilevazione degli antigeni virali è in costante e attento monitoraggio.

La peculiarità più evidente e facilmente dimostrabile delle VOC è la trasmissibilità, sicuramente più elevata rispetto all’isolato non mutato di SARS-CoV-2 (4-5). La variante Alpha, identificata per la prima volta nel Regno Unito, e la Beta, originaria del Sudafrica, hanno dimostrato di essere circa 1,5 volte più trasmissibili del ceppo originario di Wuhan. Ancor più trasmissibile è la variante Gamma (2 volte in più rispetto al non mutato) e soprattutto la variante indiana Delta che, con una trasmissibilità di oltre 2,5 volte superiore alla variante Alpha, è oggi il mutante che desta la maggior preoccupazione in quanto a potenzialità di trasmissione.

Ancora non del tutto chiari i motivi alla base dell’aumento di trasmissibilità. Ci sono evidenze che le VOC possano produrre infezioni caratterizzate da livelli più elevati di virus. La variante Alpha, la più studiata sotto questo aspetto, appare produrre infezioni con titoli 1-2 volte superiori al ceppo originario (6), ed anche la capacità replicativa delle varianti Beta e Gamma risulta spesso particolarmente elevata. Tuttavia, questi dati meritano particolare attenzione: i saggi molecolari generalmente usati per la diagnosi di infezione da SARS-CoV-2 sono qualitativi e le differenze quantitative osservate sono misurate in Ct (cycle threshold), un parametro che di per sé non è un indicatore assoluto di quantità, tanto più quando l’analisi è condotta su campioni biologici (es. i tamponi respiratori) che mal si prestano ad indagini di tipo quantitativo. Anche la dimostrata capacità delle VOC (in particolare della Alpha) di indurre infezioni con più prolungata persistenza ed eliminazione del virus dall’apparato respiratorio è stata utilizzata per giustificarne la trasmissibilità. Ciò che maggiormente influenza la diffusibilità delle VOC è però il cambio conformazionale che alcune mutazioni determinano a carico della proteina Spike, in particolare della porzione RBD (Receptor-binding domain). La mutazione N501Y presente nelle varianti Alpha, Beta e Gamma e, in minor misura, la L452R, tipica della variante Delta, aumentano l’affinità di RBD per il recettore cellulare ACE2 (fino a più di 4 volte nel caso della variante Beta) determinando un legame molto più efficiente tra virus e cellula ospite che si traduce in un più efficace processo di infezione (7).

L’altro significativo aspetto associato alle VOC è la capacità di indurre più severe manifestazioni cliniche. Sebbene questa capacità osservata in tanti cluster epidemici sia stata spesso ritenuta solo conseguenza della rapidità di diffusione delle varianti, dati sempre più solidi stanno emergendo sul ruolo patogenetico diretto che le VOC potrebbero avere. In questa direzione, la dimostrazione di un’associazione fra infezione da variante Alpha e aumento del rischio di ospedalizzazione (10% in più rispetto al ceppo originale di Wuhan), di ricovero in terapia intensiva (1,5% in più) e di mortalità (fino all’8% in più in maschi oltre gli 84 anni di età). Ancor più elevato il rischio attribuito alle varianti Beta e Gamma: più 20% di ricovero in ospedale, più 2% in terapia intensiva.

Immune-escape e reinfezione

La maggior preoccupazione legata alle varianti è forse la loro capacità di immune-escape, ossia di innescare quel processo che può portare ad aggirare l’effetto protettivo dovuto agli anticorpi neutralizzanti prodotti a seguito di un’infezione naturale e/o di una vaccinazione o somministrati nel corso di una immunoterapia passiva (8). Il frammento RBD posto all’interno della proteina Spike di SARS-CoV-2 è l’hotspot della neutralizzazione del virus. Gli anticorpi anti-RBD, infatti, pur rappresentando una modesta proporzione delle IgG anti-Spike prodotte da soggetti naturalmente infettati, contribuiscono quasi alla totalità dell’attività neutralizzante. Ecco perché mutazioni introdotte nell’RBD, e più in particolare a livello dei residui amminoacidici 438-506 (es. la mutazione E484K), possono risultare le più dannose favorendo l’immune-escape della VOC che le ha acquisite.

Una prima conseguenza di questo immune-escape è associata alla possibilità delle VOC di contribuire a casi di reinfezione. La reinfezione da SARS-CoV-2 è un evento raro, con casi riportati al di sotto dell’1%, più frequenti in soggetti anziani e/o immunocompromessi. Ciò dimostra come gli anticorpi prodotti nel corso dell’infezione naturale siano efficaci nel neutralizzare le nuove infezioni con lo stesso ceppo di SARS-CoV-2, c’è tuttavia qualche evidenza che possano essere non completamente protettivi contro le infezioni dovute a VOC. Infatti, casi di reinfezione sono stati descritti con la variante Alpha, ma sono più numerosi quelli con le varianti Gamma e soprattutto Delta.

La recente introduzione dell’immunoterapia attiva e passiva nel contrasto alla diffusione dell’infezione da SARS-CoV-2 ha reso le VOC focus di moltissimi studi volti a definire la loro capacità di “sfuggire” al trattamento (9). La selezione delle mutazioni fin qui acquisite dal SARS-CoV-2 sembra soprattutto indirizzata verso l’incremento di trasmissibilità, però, è indubbio che le VOC abbiano qualche impatto negativo anche sulla risposta alla vaccinazione. L’entità dell’impatto è diversa per le differenti varianti e dipende molto anche dal tipo di vaccino utilizzato. I vaccini a mRNA, per esempio, sembrano pienamente efficaci contro la variante Alpha ma un po’ meno protettivi contro la Beta, Gamma e Delta. La variante Beta appare anche più capace di sfuggire, sebbene parzialmente, agli anticorpi prodotti da altre tipologie di vaccino.

Impatto sulla terapia

Infine, per quanto riguarda la terapia in uso contro SARS-CoV-2, preliminari evidenze indicano che alcuni anticorpi monoclonali risultano meno efficaci contro le VOC ma soprattutto che il loro utilizzo è in grado, in alcuni casi, di contribuire alla selezione di mutazioni che pesantemente riducono la loro efficacia terapeutica (10).

In conclusione, l’impatto che le varianti di SARS-CoV-2 esercitano sulla salute pubblica rende prioritario il loro monitoraggio per caratterizzarne diffusione e potenzialità patogenetica e dimostra quanto importante sia la messa in atto di misure volte alla soppressione della replicazione del virus e della generazione di nuove e più pericolose varianti. 

Bibliografia

1. Rausch JW, Capoferri AA, Katusiime MG, et al. Low genetic diversity may be an Achilles heel of SARS-VoV-2. Proc Natl Acad Sci USA 2020; 117(40): 24614-24616.
2. Konings F, Perkins MD, Kuhn JH, et al. SARS-CoV-2 Variants of Interest and Concern naming scheme conducive for global discourse. Nat Microbiol 2021. https://doi.org/10.1038/s41564-021-00932-w.
3. ECDC. Public health impact of SARS-CoV-2 variants of concern: scoping review protocol. 18 May 2021.
4. Nicholas G. Davies NG, Sam Abbott S, et al. Estimated transmissibility, and impact of SARS-CoV-2 lineage B.1.1.7 in England. Science 2021; 372: 149.
5. Faria NR, Mellan TA, Whittaker C, et al. Genomics and epidemiology of the P.1 SARS-CoV-2 lineage in Manaus, Brazil. Science 2021; 372:815–821.
6. Kidd M, Richter A, Best A, et al. S-variant SARS-CoV-2 lineage B1.1.7 is associated with significantly higher viral load in samples tested by TaqPath polymerase chain reaction. J Infect Dis 2021; 223(10):1666-1670.
7. Binquan Luan B, Wang H, Huynh T, et al. Enhanced binding of the N501Y-mutated SARS-CoV-2 spike protein to the human ACE2 receptor: insights from molecular dynamics simulations. FEBS Lett 2021; 595:1454–1461.
8. Altmann DM, Boyton RJ, Beale R. Immunity to SARS-CoV-2 variants of concern. Science 2021; 371(6534):1103-1104.
9. Shapiro J, Dean NE, Madewell ZJ, et al. Efficacy estimates for various COVID-19 vaccines: what we know from the literature and reports. medRxiv May 21, 2021.
10. Starr TN, Greaney AJ, Dingens AS, et al. Complete map of SARS-CoV-2 RBD mutations that escape the monoclonal antibody LY-CoV555 and its cocktail with LY-CoV016. Cell Rep Med 2021; 2:100255.