Aan de hand van evolutionaire modellen kunnen er bepaalde voorspellingen worden gedaan over de evolutie en de ontwikkeling van luchtwegvirussen, zoals COVID-19. Hoewel ik zelf geen viroloog ben, is het niet ingewikkeld om de beginselen van evolutionaire ontwikkeling te combineren met de ruim voorhanden zijnde beschrijvingen over COVID-19. Met dit generieke karakter van evolutionaire ontwikkeling in gedachten richten onderstaande beschrijvingen zich in eerste instantie op een willekeurig luchtwegvirus en worden ze pas later toegesneden op COVID-19.
We beginnen onze reis daarom bij een recentelijk van een onbekende diersoort naar de mensheid overgesprongen luchtwegvirus (zoönose) en volgen de potentiële reis van dit virus binnen de menselijke populatie. Navolgende evolutionaire beschrijvingen richten zich hoofdzakelijk op de aanvankelijke epidemische ontwikkeling van het zojuist overgesprongen luchtwegvirus. Dit betreft het stadium waarin mutaties elkaar relatief snel opvolgen en er flinke concurrentie bestaat tussen de opeenvolgende varianten. De latere endemische ontwikkeling van het virus verloopt mogelijk veel trager en is daarom ook veel lastiger om te voorspellen.
Virussen muteren tijdens hun verspreiding of reproductie in hoog tempo. Dit levert volstrekt willekeurige mutaties op. Virusevolutie vormt het gecombineerde gevolg van deze mutaties en de selectiedruk van de omgeving waarbinnen een virus zich verspreidt. De aanwezige selectiedruk bestaat uit het totaal van omstandigheden, welke er o.a. toe kunnen leiden dat specifieke mutaties of varianten per saldo beter of slechter presteren wat betreft verspreidingssnelheid of reproductie. Elke mutatie of variant die er in slaagt om zich wezenlijk sneller te verspreiden of te reproduceren dan de op dat moment dominante variant(en), zal na verloop van tijd zelf dominant worden. De voorgaande variant(en) worden dan uiteindelijk volledig verdrongen en moeten het veld ruimen.
Hiervoor geldt het voorbehoud dat de immuunrespons van de gastheer voor wat betreft de meer recentere varianten een zekere mate van gemeenschappelijke overlap vertoont. Dat wil zeggen dat een infectie met een nieuwere variant inhoudt dat infecties met de voorgaande variant(en) tenminste voor enige tijd worden voorkomen. Andersom geldt dit vanzelfsprekend ook. Indien dit namelijk niet het geval is, dan zijn er in feite twee totaal verschillende virussen in omloop gekomen die verder volkomen onafhankelijk van elkaar kunnen rondgaan.
Er bestaan voor een luchtwegvirus diverse mechanismen om een snellere verspreiding of reproductie ten opzichte van voorgaande varianten te ontwikkelen. De vier meest in het oog springende mechanismen behandel ik hieronder. Daarmee wil ik echter geenszins uitsluiten dat er meer relevante mechanismen kunnen bestaan. Ten eerste kan het virus onder invloed van mutaties infectieuzer worden. In biologische termen hecht het virus zich dan gemakkelijker aan de epitheelcellen van neus, keel en longen. Ten tweede kan het virus onder invloed van mutaties een kortere periode ontwikkelen tussen besmetting en besmettelijkheid, de zgn. incubatietijd. In biologische termen leidt een besmetting met het virus dan sneller tot een zodanige uitscheiding van virusdeeltjes dat derden daarmee besmet kunnen worden.
Ten derde kan het virus onder invloed van mutaties minder ziekmakend worden. In biologische termen leidt het virus dan vaker tot asymptomatische of slechts lichte klachten. Dit leidt gemiddeld gesproken tot een langer doorlopen met de infectie en een toegenomen verspreiding of reproductie. Ten vierde kan het virus onder invloed van mutaties eerder opgebouwde immuunresponsen van de gastheer deels omzeilen. Hierdoor heeft de nieuwe variant een voordeel boven de voorgaande variant(en) als het gaat om het doorbreken van de immuunrespons van de gastheer.
Toch moet de immuunrespons van de gastheer op de nieuwe variant nog wel deels met de immuunrespons van de voorgaande variant(en) overlappen, zodat infecties met de voorgaande variant(en) tenminste voor enige tijd worden voorkomen. Andersom geldt dit vanzelfsprekend ook. Anders is er sprake van twee totaal verschillende virussen die volkomen onafhankelijk van elkaar kunnen rondgaan.
De drijvende kracht achter de ontwikkeling van een luchtwegvirus betreft dus evolutie, zijnde een combinatie van willekeurige mutaties en de op het virus inwerkende selectiedruk van de omgeving. De (epidemische) concurrentie tussen de meer recentere varianten leidt er toe dat aanvankelijk vooral het verspreidings- of reproductiepotentieel van het virus leidend is voor zijn ontwikkeling. In evolutionaire zin heeft elke mutatie of variant die tot gevolg heeft dat:
een substantieel voordeel boven voorgaande varianten. Zulke mutaties zorgen ervoor dat het virus zich wezenlijk sneller kan verspreiden of reproduceren dan voorgaande varianten. In theorie leidt dit ertoe dat een willekeurig luchtwegvirus zich evolutionair aanvankelijk zal ontwikkelen door een combinatie van besmettelijker worden, verkorten van de incubatietijd, minder ziekmakend worden en het steeds adequater deels omzeilen van eerder opgebouwde immuunresponsen van de gastheer. Over de latere endemische ontwikkeling durf ik echter weinig zinnigs te zeggen.
Om een voorgaande variant(en) effectief te kunnen verdringen moet de resultante van bovenstaande evolutionaire trends dus progressief uitvallen richting snellere verspreiding of reproductie. Elke nieuwe variant waarvoor dit niet het geval is, zal geen enkele kans maken om een eerdere variant(en) te verdringen. Alleen nieuwe varianten die hier wel aan voldoen, kunnen de ontwikkeling een stapje hoger brengen op de evolutionaire ladder van snellere verspreiding of reproductie. In theorie komt de trendmatige (epidemische) ontwikkeling van luchtwegvirussen er daarom op neer dat het virus op de langere termijn besmettelijker wordt, een kortere incubatietijd ontwikkelt, minder ziekmakend wordt alsmede er steeds adequater in slaagt om eerder opgebouwde immuunresponsen van de gastheer deels te omzeilen.
Op grond van deze volgtijdelijke concurrentiestrijd tussen varianten richting een snellere verspreiding of reproductie valt voor de iets langere termijn te verwachten dat de ziekmakendheid van COVID-19 substantieel zal afnemen tot het moment dat het niets meer is dan een ordinaire verkoudheid. In theorie wordt de mate van ziekmakendheid van luchtwegvirussen dus uiteindelijk uitgeruild tegen een snellere verspreiding of reproductie. De praktijk van influenzavirussen lijkt echter aan te tonen dat een evolutionaire trend richting minder ziekmakendheid daar niet aan de orde is. In de laatste alinea’s van dit artikel beschrijf ik met betrekking hiertoe een potentiële hypothese en de mogelijke consequenties daarvan.
Hoewel het op grond van bovenstaande evolutionaire trends onwaarschijnlijk lijkt dat er een progressief ziekmakende variant van COVID-19 ontstaat, moeten er hiertoe toch een aantal voorbehouden worden gemaakt. Omdat het draait om de resultante van verschillende evolutionaire trends kan dit betekenen dat de ziekmakendheid van een nieuwe variant zich tussentijds toch progressief ontwikkelt, zolang de overige evolutionaire trends dit in het kader van snellere verspreiding of reproductie maar afdoende compenseren. Via dit pad kan een progressief ziekmakende variant van COVID-19 zich dus mogelijk toch manifesteren. Daarnaast kan een progressief ziekmakende variant welke uitdrukkelijk een relatief milde start kent – maar uiteindelijk een zeer ernstig vervolg – zijn belemmerde verspreiding zelf op voorhand compenseren. Via dit pad kan een progressief ziekmakende variant van COVID-19 zich dus mogelijk eveneens manifesteren.
Tenslotte kan er tijdens de ontwikkeling van COVID-19 ook een mutatie of variant ontstaan die een immuunrespons geeft die nauwelijks nog enige overlap vertoont met die van een voorgaande variant(en). De progressieve evolutionaire trend om eerder opgebouwde immuunresponsen deels te omzeilen, houdt het risico in dat het virus op enig moment een grotere sprong waagt. In een dergelijke situatie is er dan feitelijk sprake van een volkomen nieuw virus. De eerder benoemde evolutionaire trends van een dergelijk nieuw virus zullen zich in dat geval volledig onttrekken aan die van de voorgaande variant(en). Immers het nieuwe virus hoeft geenszins meer te concurreren met de voorgaande variant(en) en kan op de feitelijk nieuwe evolutionaire ladder van snelheid van verspreiding of reproductie gerust een hele flinke stap omlaag doen. Een sterke toename in de ziekmakendheid kan potentieel onderdeel uitmaken van een dergelijke stap omlaag. Via dit pad kan er daarom ook een progressief ziekmakende variant opduiken.
Op enig moment bereikt de evolutionaire trend van een luchtwegvirus om zich beter aan de epitheelcellen van neus, keel en longen te hechten waarschijnlijk een evolutionair plateau van hoogst haalbare effectiviteit. Iets eenders zal waarschijnlijk gelden voor de verkorting van de incubatietijd. In de periode direkt volgend op de overstap van een nieuw virus naar de mensheid vallen op deze gebieden waarschijnlijk de meeste resultaten te behalen. Theoretisch resteren er daarnaast nog enkele belangrijke evolutionaire trends. Op de een of andere manier lijken roulerende influenzavirussen zich echter nauwelijks te bedienen van de evolutionaire trend om minder ziekmakend te worden. Het influenzavirus – dat de jaarlijkse griep veroorzaakt – lijkt zich alleen nog aan te passen door eerder opgebouwde immuunresponsen van de gastheer in kleinere en grotere sprongen te omzeilen. Dit kan een teken aan de wand zijn voor wat ons te wachten staat met het coronavirus.
Een mogelijke hypothese met betrekking tot het influenzavirus is dat de continue evolutionaire verschuivingen om eerder opgebouwde immuunresponsen van de gastheer deels te omzeilen de evolutionaire tijd en mogelijkheden voor varianten beperkt om richting minder ziekmakend te evolueren. Dat wil zeggen dat deze varianten in de praktijk al lang zijn verdrongen voordat de evolutionaire ontwikkeling naar minder ziekmakend is ingezet. Dit zou kunnen betekenen dat deze evolutionaire trend onder dergelijke omstandigheden überhaupt niet tot wasdom komt. Dit zou heel goed eender kunnen gelden voor het coronavirus.
Dat de relatief nieuwe Omikron-variant minder ziekmakend schijnt te zijn, lijkt de theoretische modellen goed te volgen, maar kan met de praktijk van het influenzavirus in gedachten evengoed een volstrekt toevallige variatie betreffen. Tenslotte heb ik beschreven dat er voor COVID-19 denkbare mechanismen bestaan waardoor het opduiken van progressief ziekmakende varianten mogelijk is. Dit zou heel goed overeen kunnen komen met het influenzavirus, welke enkele malen per eeuw leidt tot een ernstigere pandemische variant.
Enerzijds is het dus goed voorstelbaar dat het coronavirus in zijn ontwikkeling het influenzavirus achterna gaat. Anderzijds is het ook goed mogelijk dat het coronavirus zich op de langere termijn ontwikkelt tot een gewone verkoudheid.
De tijd zal het leren!
[Fotocredits © Feydzhet Shabanov – Adobe Stock]
