Badacze ze Szczecina przeanalizowali ponad 90 tysięcy próbek genetycznych koronawirusa i odkryli, że kolejne warianty Omicrona rozpoczynały się w różnych regionach Polski.

Wyobraźmy sobie, że wirus to podróżnik, który przemieszcza się z miasta do miasta, zostawiając za sobą ślad. Każda kopia wirusa, którą tworzy w ludzkim organizmie, jest odrobinę inna niż oryginał – nieco zmutowana, trochę zmieniona. To trochę jak gra w „głuchy telefon”: przekazując wiadomość kolejnym osobom, nieuchronnie coś się zmienia. Właśnie na tych zmianach opiera się dziedzina nauki zwana filogeografią – czyli badaniem, skąd pochodzi dany organizm i jak mógł się przemieszczać.

Zespół naukowców z Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego w Szczecinie z kliniki Chorób Zakaźnych i Nabytych Niedoborów Immunologicznych wykorzystał tę metodę do prześledzenia, jak kolejne warianty koronawirusa SARS-CoV-2 przenosiły się między polskimi województwami w latach 2022-2024.

Czym jest analiza filogeograficzna?

Zanim przejdziemy do wyników, warto wyjaśnić, na czym polega ta metoda. Każdy wirus posiada materiał genetyczny – swoistą instrukcję obsługi zapisaną w postaci cząsteczki RNA. Za każdym razem, gdy wirus namnaża się w organizmie człowieka, ta instrukcja jest kopiowana, a w procesie kopiowania pojawiają się drobne błędy, zwane mutacjami. Mutacje te są jak „odciski palców” – pozwalają naukowcom ustalić, które wirusy są do siebie podobne, a co za tym idzie – skąd dany wirus pochodzi i jak się przemieszczał.

Filogeografia dyskretna to szczególna odmiana tej analizy, w której kraj lub region traktujemy jak „etykietę” przypiętą do każdej próbki wirusa. Mając setki tysięcy takich opatrzonych etykietami próbek, możemy za pomocą zaawansowanej matematyki – analizy bayesowskiej – odtworzyć, jak wirus przemieszczał się z miejsca na miejsce. Analiza bayesowska to statystyczna metoda wnioskowania, która pozwala obliczać prawdopodobieństwo różnych scenariuszy na podstawie dostępnych danych. Im więcej danych, tym trafniejsze wnioski.

Do obliczeń naukowcy użyli specjalistycznego programu komputerowego BEAST – narzędzia powszechnie stosowanego w wirusologii do rekonstruowania historii epidemii na podstawie danych genetycznych.

Skąd wzięły się dane?

Badacze sięgnęli do bazy GISAID – największej na świecie publicznej bazy sekwencji genetycznych wirusów oddechowych, tworzonej przez laboratoria z całego globu. Z ponad 16 milionów sekwencji dostępnych w bazie wyodrębnili te zebrane w Polsce, uzyskując łącznie ponad 90 tys polskich sekwencji SARS-CoV-2 z lat 2020-2024.

Każda sekwencja była opatrzona informacją o tym, z którego województwa pochodzi. To właśnie te dane – połączone z informacją o czasie pobrania próbki i klasyfikacją wariantu wirusa – pozwoliły stworzyć szczegółową mapę migracji koronawirusa po Polsce.

Warianty, którym naukowcy przyjrzeli się najuważniej, to kolejne podwarianty Omikrona: BA.1, BA.2, BA.5, CH.1, XBB.1 i JN.1. Nazwy te mogą brzmieć technicznie, ale chodzi po prostu o kolejne „generacje” wirusa, z których każda różni się nieco od poprzedniej i stawała się dominująca na przestrzeni kilku miesięcy.

Warszawa, Śląsk, Lublin – każda fala miała swoje centrum

Jednym z najbardziej intrygujących odkryć jest to, że żadne województwo nie było stałym epicentrum epidemii. Centrum „dystrybucji” wirusa zmieniało się wraz z każdą nową falą.

Gdy na przełomie 2021 i 2022 roku uderzył BA.1 – pierwszy subwariant Omikrona –  rozprzestrzeniał się przede wszystkim z Mazowsza. To województwo odpowiadało za aż 36,1% wszystkich przemieszczeń wirusa między regionami. Trudno się dziwić: w Warszawie działa m.in. największe polskie lotnisko, przez które przejeżdżają miliony pasażerów z całego świata. To właśnie tam wirus trafiał najczęściej jako pierwszy i stamtąd wyruszał w dalszą podróż po kraju.

Sytuacja zmieniła się radykalnie, gdy w lutym-maju 2022 roku na czoło wysunął się BA.2. Nowym centrum okazał się przemysłowy Śląsk – gęsto zaludniony region o silnych powiązaniach ekonomicznych z sąsiednimi krajami, w tym z Czechami i Niemcami. Śląsk odpowiadał za jedną trzecią wszystkich przemieszczeń wirusa w tamtym okresie, co sugeruje, że nowy wariant trafił do Polski innymi drogami niż BA.1 – być może przez pracowników transgranicznych.

Latem 2022 roku dominację objął BA.5, który rozprzestrzenił się wzdłuż tak zwanego korytarza bałtycko-centralnego, łączącego Pomorze z centrum Polski. Jednocześnie jako istotne ognisko transmisji wyłoniły się wschodnie regiony – przede wszystkim Lublin. Badacze zwracają uwagę na możliwy związek z napływem uchodźców z Ukrainy: w 2022 roku do Polski przybyły setki tysięcy Ukraińców – populacja, wśród której poziom zaszczepienia był niższy niż w Polsce. Choć autorzy artykułu zastrzegają, że nie mogli tego bezpośrednio udowodnić z powodu ograniczeń w dostępnych danych, wyłanianie się wschodnich hubów transmisji w tym właśnie czasie jest zdaniem naukowców nieprzypadkowe.

Kolejne warianty przynosiły kolejne zaskoczenia: CH.1 skupił się na północno-wschodniej Polsce, XBB.1 wyłonił się w Wielkopolsce, a JN.1 – ostatni z analizowanych subwariantów, dominujący na przełomie 2023 i 2024 roku – był napędzany przede wszystkim przez Małopolskę.

Szybka zmiana dominujących wariantów

Innym ważnym ustaleniem jest tempo, w jakim kolejne warianty zastępowały poprzedników. Badacze obliczyli tzw. okna dominacji – okresy, gdy dany wariant stanowił największą część wszystkich infekcji. Okazało się, że każdy wariant dominował zaledwie przez 2 do 4 miesięcy.

To niezwykłe krótki czas, biorąc pod uwagę skalę epidemii. BA.1 panował przez zaledwie dwa miesiące (styczeń-luty 2022), BA.2 przez cztery (luty-maj 2022), podobnie jak BA.5 (lipiec-październik 2022). Kolejne warianty wchodziły na scenę, gdy poprzednie wciąż były aktywne – jak w sztafecie, gdzie kolejny biegacz startuje jeszcze przed metą poprzedniego.

To charakterystyczna cecha ewolucji wirusa pod presją odporności populacji: gdy coraz więcej ludzi nabywa odporność na dany wariant – przez zakażenie lub szczepienie – wirus, który zdołał zmutować i uciec przed tą odpornością, zyskuje przewagę i szybko wypiera poprzednika.

Po co to wszystko wiedzieć?

Badanie to ma wartość nie tylko historyczną. Zdolność do śledzenia, jak wirus przemieszcza się między regionami, w czasie rzeczywistym lub choćby z niewielkim opóźnieniem, jest przydatnym narzędziem dla służb sanitarnych. Wiedząc, że dany wariant wyłania się w konkretnym województwie i skąd tam przybył, można szybciej reagować – wzmacniać testowanie w kluczowych punktach, kierować szczepionki tam, gdzie naprawdę są potrzebne, czy ograniczać transgraniczne przepływy w momentach krytycznych.

Autorzy podkreślają też pewne ograniczenia swojej metody. Filogeografia pokazuje ogólne kierunki przepływu wirusa, ale nie ujawnia pojedynczych łańcuchów zakażeń. Wyniki są tak dobre, jak dobre są dane – a sekwencjonowanie genomowe w różnych regionach Polski nie było równomierne: niektóre województwa dostarczały znacznie więcej próbek niż inne, co mogło zniekształcać obraz.

Badanie zostało sfinansowane przez Narodowe Centrum Nauki (grant nr 2021/43/O/NZ6/03054). Autorami są Marcin Horecki, Karol Serwin i Miłosz Parczewski z Katedry Chorób Zakaźnych, Tropikalnych i Niedoborów Odporności Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego w Szczecinie.