Le varianti del Covid-19 possono reinfettare i guariti e rendere inefficaci i vaccini?

Gli ultimi aggiornamenti sull’evoluzione del Covid-19 confermano la diffusione di alcune varianti del Coronavirus: variante inglese, africana, brasiliana, B.1.525, e non solo. Le mutazioni sono già in fase di studio. Quando emerge una nuova variante di Coronavirus le domande che ci poniamo sono:

• La nuova variante è più infettiva?
• Dà quadri più gravi di malattia?
• Potrà reinfettare coloro che si sono già ammalati di Covid-19?
• Potrà risultare insensibile al vaccino?

I quesiti a cui vogliamo rispondere oggi è se il virus mutato potrà infettare nuovamente i guariti dalla prima forma di Covid-19 e se il vaccino nei confronti delle varianti potrebbe risultare inefficace e vanificare tutti o quasi gli sforzi compiuti finora per sconfiggere il virus SARS–CoV-2.

Le varianti del virus Covid-19

Durante il loro processo vitale i virus devono replicarsi ed è questo il modo in cui colonizzano l’ospite, aprendo la strada all’infezione. Replicazione dopo replicazione, i virus possono sviluppare una serie di mutazioni, creando delle varianti. 

Il virus SARS-CoV-2, agente eziologico della pandemia di COVID-19, grazie a un incredibile sforzo scientifico e finanziario, viene ora fronteggiato con diversi strumenti profilattici e terapeutici, come vaccini e anticorpi monoclonali. (1)

La proteina S come oggetto delle varianti del Coronavirus Covid-19

L’obiettivo principale dei vaccini e degli anticorpi monoclonali è la proteina spike SARS-CoV-2 (proteina S), una grande proteina di fusione trimerica di classe I che svolge un ruolo chiave nella patogenesi virale (2), perchè è la chiave che permette al virus di rompere la parete cellulare, entrare e diffondere l’infezione nelle cellule (7).

Nell’immagine qui sotto vediamo la proteina Spike del Coronavirus, in azzurro, che si aggancia ad un recettore cellulare, ACE-2, per poter penetrare nella cellula, come un rostro delle navi dell’antichità.

La continua diffusione nelle popolazioni immunocompetenti ha portato ad adattamenti del virus all’ospite e alla generazione di nuove varianti SARS-CoV-2, che riguardano in misura maggiore proprio la proteina S. Infatti le varianti della proteina S sono state recentemente descritte nel Regno Unito, Brasile e Sud Africa e il database Global Initiative on Sharing All Influenza Data (GISAID), riporta più di 1.100 cambiamenti totali di aminoacidi nella proteina S, cioè 1100 mutazioni possibili. (3)

Una questione importante per lo sviluppo del vaccino è se il virus autentico, sotto la pressione selettiva della risposta immunitaria policlonale in persone convalescenti o vaccinate, possa evolversi per sfuggire all’immunità di gregge e al trattamento con anticorpi. 

Lo studio sulle varianti del virus Covid-19 (SARS-CoV-2)

Uno studio internazionale, capeggiato da un team italiano coordinato dall’esperto Rino Rappuoli (fra gli inventori degli anticorpi monoclonali umani a lunghezza intera) (8), ha suggerito che le varianti del virus possono reinfettare chi è già stato colpito e successivamente guarito dalla forma primaria di Covid-19. 

Gli studiosi hanno cercato di vedere cosa accade quando si assiste ad una continuativa e prolungata infezione da parte del Coronavirus su un terreno di cellule umane.

Per studiare l’evoluzione della SARS-CoV-2 nella popolazione immunitaria, gli scienziati hanno co-incubato un virus autentico con un plasma altamente neutralizzante di un paziente convalescente COVID-19. Il plasma ha neutralizzato completamente il virus per 7 passaggi, ma dopo 45 giorni, la delezione di F140 nel loop N3 del dominio N-terminale (NTD) del picco ha portato a un parziale sfondamento.

Al giorno 73, si è verificata una sostituzione E484K nel dominio di legame del recettore (RBD), seguita al giorno 80 da un inserimento nel ciclo NTD N5 contenente un nuovo sequone di glicano, che ha generato una variante completamente resistente alla neutralizzazione del plasma. La modellazione computazionale prevede che la delezione e l’inserimento nei loop N3 e N5 impediscano il legame degli anticorpi neutralizzanti.

Tre mutazioni hanno permesso a SARS-CoV-2 di eludere la risposta anticorpale policlonale di un plasma convalescente COVID-19 altamente neutralizzante.

Cosa dimostra la ricerca

Per riassumere, il gruppo di lavoro ha dimostrato che l’autentico virus SARS-CoV-2, se costantemente sotto pressione, ha la capacità di sfuggire anche a un potente siero policlonale mirato a più epitopi neutralizzanti. Questi risultati sono notevoli perché mentre i mutanti di fuga possono essere facilmente isolati quando i virus vengono incubati con singoli anticorpi monoclonali, di solito una combinazione di due mAb è sufficiente per eliminare l’evoluzione delle varianti di fuga e perché SARS-CoV-2 mostra un tasso evolutivo di mutazione stimato come molto basso, poiché questo virus codifica per un meccanismo di correzione di esoribonucleasi. (4)

Il recente isolamento delle varianti SARS-CoV-2 nel Regno Unito e in Sud Africa con delezioni all’interno o in prossimità dei loop NTD mostra che ciò che descriviamo qui può verificarsi nella popolazione umana. La capacità del virus di adattarsi al sistema immunitario dell’ospite è stata osservata anche in ambienti clinici in cui un paziente COVID-19 immunocompromesso, dopo 154 giorni di infezione, presentava diverse varianti del virus inclusa la sostituzione E484K . (5)

Pertanto, dovremmo essere preparati ad affrontare le varianti del virus che possono essere selezionate dall’immunità acquisita dall’infezione o dalla vaccinazione. Ciò può essere ottenuto sviluppando vaccini di seconda generazione e anticorpi monoclonali, possibilmente mirati a epitopi universali e in grado di neutralizzare varianti emergenti del virus.

I dati confermano anche che gli anticorpi neutralizzanti SARS-CoV-2 acquisiti durante l’infezione colpiscono quasi interamente il NTD e il RBD. Nel RBD, la possibilità di fuga è limitata e la mutazione E484K che abbiamo trovato è una delle mutazioni più frequenti per sfuggire agli anticorpi monoclonali e tra le mutazioni RBD più comuni descritte in contesti sperimentali così come negli isolati naturali inseriti nel database GISAD. Ciò è probabilmente dovuto al residuo E484 preso di mira da anticorpi derivati ​​da IGHV3-53 e da geni IGHV3-66 strettamente correlati, che sono le linee germinali più comuni per gli anticorpi diretti contro il RBD.

D’altra parte, i loop NTD possono adattarsi a molti cambiamenti diversi, come inserzioni, delezioni e alterazioni degli amminoacidi. È interessante notare che, nello studio, la mutazione finale conteneva un’inserzione che trasportava un sito di N-glicosilazione che ha il potenziale per nascondere o ostacolare il legame con epitopi neutralizzanti. L’introduzione di un glicano è una strategia di fuga immunogenica noto, già descritta per influenza (6), HIV-1 e altri virus, sebbene a nostra conoscenza questa scoperta presenti il ​​primo mutante di fuga derivato dal paziente che utilizza questo meccanismo per SARS-CoV-2.

Sorprendentemente, solo tre mutazioni, che hanno portato al completo riarrangiamento dei loop NTD N3 e N5 e alla sostituzione con un residuo chiave sul RBD, sono state sufficienti per eliminare la capacità di neutralizzazione di un potente siero policlonale. Fortunatamente, non tutto il plasma e gli mAb testati sono stati ugualmente influenzati dalle tre mutazioni che suggeriscono che l’immunità naturale alle infezioni può colpire epitopi aggiuntivi che possono ancora neutralizzare la variante PT188-EM. Pertanto, sarà importante monitorare da vicino quali epitopi della proteina S sono presi di mira dai vaccini contro SARS-CoV-2 che verranno utilizzati in centinaia di milioni di persone in tutto il mondo.

Dott. Marco De Nardin

Fonti e note:

1. Gavor E., Choong Y. K., Er S. Y., Sivaraman H., Sivaraman J., Structural Basis of SARS-CoV-2 and SARS-CoV Antibody Interactions. 
2. Walls A. C. et al., Structure, Function, and Antigenicity of the SARS-CoV-2 Spike Glycoprotein.
3.  Shu Y., McCauley J., GISAID: Global initiative on sharing all influenza data – from vision to reality.
4.  Baum A. et al., Antibody cocktail to SARS-CoV-2 spike protein prevents rapid mutational escape seen with individual antibodies.
5. Choi B. et al., Persistence and Evolution of SARS-CoV-2 in an Immunocompromised Host.
6. Altman M. O. et al., Human Influenza A Virus Hemagglutinin Glycan Evolution Follows a Temporal Pattern to a Glycan Limit.
7. Essa è composta da due subunità: S1, che contiene il dominio di legame del recettore (RBD) responsabile dell’interazione con i recettori sulle cellule ospiti, e S2, che media la fusione di membrana e l’ingresso virale. La subunità S1 presenta due domini altamente immunogenici, il dominio N-terminale (NTD) e il RBD, che sono i principali bersagli degli anticorpi neutralizzanti policlonali e monoclonali. 
8. Laboratorio Monoclonal Antibody Discovery (MAD), della Fondazione Toscana Life Sciences di Siena, in collaborazione con Argo Open Lab Platform of Genome sequency di Trieste, il Dipartimento di Chimica e Biochimica dell’Università della California di San Diego e Dipartimento di Scienze Molecolari dell’Università del Texas di Austin

Per approfondire: