Evidencia de escape de la variante B.1.351 del SARS-CoV-2 de suero natural e inducido por vacuna

La carrera para producir vacunas contra el SARS-CoV-2 comenzó cuando se publicó la primera secuencia, lo cual constituye la base de las vacunas que se utilizan actualmente en todo el mundo.

Recientemente se han notificado 52 linajes de SARS-CoV-2: B.1.1.7 se identificó por primera vez en el Reino Unido a partir de una muestra obtenida en octubre de 2020; B.1.351 se identificó en octubre de 2020 en Sudáfrica y P.1 en Brasil en diciembre de 2020 (https://www.cogconsortium.uk/wp-content/uploads/2021/01/Report96 2_COG-UK_SARS-CoV-2-Mutations.pdf).

Lo más preocupante son las mutaciones en el dominio de unión al receptor (RBD, de sus siglas en inglés receptor binding domain) de la proteína de pico. El RBD está contenido en la subunidad S1 de spike y es responsable de interactuar con el receptor celular del SARS-CoV-2: la enzima convertidora de angiotensina-2 (ACE2). La superficie de interacción de ACE2 contiene 25 aminoácidos y, debido a su papel crucial en la unión, también es el sitio de unión de muchos anticuerpos neutralizantes. Se cree que el bloqueo de la interacción RBD/ACE2 juega un papel importante en la protección inducida contra la infección por SARS-CoV-2. Las variantes del SARS-CoV-2 antes mencionadas tienen múltiples cambios en la proteína de pico inmunodominante que facilita la entrada de células virales a través del receptor ACE2.
Por tanto, las mutaciones en el sitio de reconocimiento del receptor en la proteína pico son de gran preocupación por su potencial de causar un escape inmune.

La superficie de unión de ACE2 es, hasta cierto punto, el talón de Aquiles del virus, ya que puede ser bloqueado por algunos anticuerpos neutralizantes. Dado que es tan pequeño, amenaza con producir escape inmunológico, ya que pequeños cambios pueden eliminar los anticuerpos neutralizantes, reduciendo la capacidad de inmunidad (natural o adquirida mediante la vacunación) para contener la replicación viral.

Presión selectiva para cambios en la superficie de interacción ACE2 pueden tener dos impulsores completamente separados. En primer lugar, dado que el SARS-CoV-2 ha cruzado recientemente una barrera zoonótica, se puede esperar que la evolución de la superficie de interacción de ACE2 pueda ocurrir para aumentar la afinidad por ACE2 y, por lo tanto, aumentar transmisibilidad viral. Por otro lado, los cambios en la superficie de interacción ACE2 también pueden reducir la protección brindada por una infección o vacunación previa, lo que podría conducir a un escape de la inmunidad preexistente inducida por infecciones naturales o vacunas.

Las tres cepas variantes del SARS-CoV-2 identificadas recientemente han adquirido mutaciones en la superficie interactiva. Todas ellas pueden conducir a un aumento de la transmisibilidad, lo cual fue observado con la variante B.1.1.7 en Reino Unido.

Daming Zhou y colaboradores realizaron un análisis de la estructura y función de la variante B.1.351, utilizando una gran cohorte de muestras de suero de convalecientes y vacunados. Las mutaciones del dominio de unión al receptor proporcionan una unión más estrecha de ACE2 y un escape generalizado del anticuerpo monoclonal, neutralización impulsada en gran medida por E484K. En varios casos, parecería que los pacientes convalecientes y algunos sueros de vacunas ofrecen una protección limitada contra esta variante.

Neutralización de B.1.351 por plasma de convalecencia

Se compraron los títulos de neutralización contra Victoria (SARS-CoV-2 / human / AUS / VIC01 / 2020), una de las primeras cepas relacionadas con SARS-CoV-2, utilizando una prueba de neutralización por reducción de enfoque (FRNT).
Para las primeras 170 muestras convalecientes, los títulos de neutralización contra B.1.351 fueron en promedio 13,3 veces más chicas en comparación con Victoria (p = <0,0001).

Neutralización de B.1.351 por suero vacunado.

Se midió luego la neutralización de Victoria y B.1.351 utilizando suero de vacuna obtenido de
190 personas vacunadas con la vacuna Pfizer-BioNTech BNT162b2 o la vacuna Oxford191 AstraZeneca AZD1222.
Para el suero de la vacuna Pfizer-BioNTech, 196 para B.1.351 fueron 7.6 veces más bajos que los de Victoria (p = <0.0001) y para el suero de la vacuna Oxford-AstraZeneca, los títulos de la media geométrica B.1.351 fueron 9 veces más bajos que para Victoria (p <0,0001). El plasma tomado antes de la primera dosis de la vacuna Oxford-AstraZeneca mostró, como se esperaba, una neutralización mínima o ausente de virus Victoria o B.1.351.

El suero de la vacuna Pfizer-BioNTech indujo títulos de neutralización 3.6 veces más altos contra la cepa Victoria que la vacuna Oxford-AstraZeneca (p = <0,0001).

Mutaciones en el RBD de B.1.351

La triple mutación K417N, E484R y N501Y es característica del RBD de B.1.351. Estos residuos están situados dentro de la huella de ACE2 (ver Figura 1) y optimizan la afinidad por ACE2, por lo cual confieren una mayor afinidad por el receptor. Para investigar este efecto, se midió la cinética
de unión de ACE2 soluble a RBD recombinante mediante interferometría de biocapa (BLI). Como era de esperar, la afinidad por B.1.351 RBD fue 19 veces mayor que para el RBD de Victoria y 2,7 veces más alto que para B.1.1.7.

Figura 1

Neutralización de B.1.351 por un gran panel de anticuerpos monoclonales

Se ha producido y caracterizado un conjunto de 377 anticuerpos monoclonales humanos dirigidos a la proteína de pico, obtenida de muestras de convalecientes de pacientes infectados durante la primera ola de SARS-CoV-2 en el Reino Unido antes de junio de 2020, por lo tanto, no inducida en la respuesta a la infección con cepas recientes de SARS-CoV-2.

Los efectos sobre la neutralización de mAb fueron severos, 14/20 anticuerpos tuvieron una caída de más de 10 veces en los títulos de neutralización, y la mayoría de estos muestran una inactivación completa de la actividad. Esto se debe a los roles clave de K417, E484 y N501, en particular E484 en el reconocimiento de anticuerpos de la superficie de interacción ACE2 del RBD.

Curiosamente, el único y potente anticuerpo de unión a dominio N- terminal (NTD) incluido en estos análisis, mAb 159, también mostró una eliminación completa de la actividad contra B1.1351. Como puede verse en la Figura 2, el bucle 246-253 del RBD interactúa con la cadena pesada del mAb 159. La supresión 242-244 indudablemente alterará la presentación de este bucle, comprometiendo la unión a estos mAb. Se ha informado de la vinculación en este llamado «supersitio» como de posible relevancia terapéutica.

Tanto B.1.1.7 como B.1.351 y P.1 poseen deleciones o cambios sistemáticos en el NTD.
Dado que estas características convergentes pueden haber surgido antes de una fuerte presión de la respuesta selectiva del anticuerpo, parece probable que todavía haya un impulsor biológico subyacente por descubrir, como el aumento de la unión al receptor y el potencial aumento de la transmisibilidad impartida por mutaciones en el RBD.

Figura 2

Discusión

Los coronavirus son virus de ARN de cadena positiva y, aunque la ARN polimerasa posee una capacidad limitada de corrección de pruebas, son intrínsecamente propensos a cambios mutacionales.

La evolución del SARS-CoV-2 a partir de una probable introducción zoonótica de un solo punto en Wuhan en noviembre/diciembre 2019, ha sido ampliamente anticipado y condujo al establecimiento de vigilancia de secuencias virales como COG-UK en el Reino Unido.
La reciente aparición de tres cepas de SARS-CoV-2 (B.1.1.7, B1.351 y P.1), que causar una mayor transmisibilidad, se ha producido de forma independiente en el Reino Unido, Sudáfrica y Brasil, donde se han convertido rápidamente en cepas dominantes y ahora se están extendiendo a nivel mundial.

Si bien las secuencias son marcadamente diferentes, cada una con 9-12 cambios, todas ellas involucran la superficie de interacción ACE2 del RBD. A su vez, comparten la eliminación en el NTD, los cuales interrumpirán el sitio de unión de anticuerpos anti-NTD neutralizantes, causando el fracaso en la neutralización de mAb anti-NTD.

No se conoce cuánta mutación adicional en el RBD podrán soportar estos anticuerpos conocidos, pero el uso de combinaciones de anticuerpos que protejen contra variantes virales
parece ser una estrategia acertada. De todos modos, debe reconocerse que el uso de terapia o profilaxis con anticuerpos monoclonales, particularmente durante períodos prolongados en individuos inmunodeprimidos con infección crónica, es probable que impulsen la aparición de mutaciones, con la consecuente generación de resistencia.

En este estudio, se demostró que la cepa B.1.351 CoV-2 es mucho más difícil de neutralizar que las cepas parentales. En suero de convalecencia los títulos de neutralización se reducen 13,3 veces para B.1.351 en comparación con la cepa Victoria. Títulos de neutralización para las vacunas Oxford-AstraZeneca y Pfizer se redujeron de manera similar con B.1.351 en 9 y 7,6 veces, respectivamente. Tanto las vacunas de Oxford-AstraZeneca como la de Pfizer muestran una eficacia inicial sustancial después de una sola dosis de vacuna.

Lo que está impulsando la evolución de B.1.351 es difícil de desentrañar: por un lado, se ve un aumento de 20 veces en la afinidad por ACE2 en comparación con el RBD de Wuhan, lo cual puede influir en la transmisibilidad. Por otro lado, el escape inmune sustancial de anticuerpos por B.1.351
probablemente desempeña un papel en países como Sudáfrica, donde las tasas de infección previa son relativamente altas (mayores a 30%). La compensación de una mayor afinidad ACE2 y
la transmisibilidad contra el escape inmune es probablemente compleja, a medida que aumenta la inmunidad de la población debido a la vacunación y la infección natural. La capacidad de generar variantes de RBD de afinidad alta para ACE2 y una mayor afinidad que casi todos los anticuerpos monoclonales descritos hasta la fecha, es motivo de preocupación.

En resumen, la reciente aparición de múltiples cepas variantes de SARS-CoV-2 ha interrumpido
la confianza en torno a si la generación actual de vacunas proporcionará protección contra las infecciones. Esto a provocado prisa por comprender las consecuencias de estos cambios y ha estimulado un impulso para desarrollar nuevas vacunas adaptadas a las variantes, particularmente incorporando la mutación E484K.

Cómo responden las personas previamente infectadas o vacunadas a estas nuevas variantes será objeto de un intenso estudio durante los próximos meses, ya que existe un reconocimiento general de que el problema actual no ha terminado. Sin embargo, incluso si las respuestas de anticuerpos
a las nuevas variantes no pueden prevenir la infección, pueden moderar la gravedad. Además,
las respuestas de las células T 470 al pico pueden no verse interrumpidas por los cambios mutacionales y ser capaces de limitar la diseminación de la enfermedad al tracto respiratorio inferior, previniendo enfermedades graves. Es necesario implementar sistemas de vigilancia intensiva para monitorear la aparición de nuevas variantes, así como trabajar en vacunas de segunda e incluso de tercera generación dirigidas a las nuevas variantes del virus.

Referencias:

1) Zhou, D., Dejnirattisai, W., Supasa, P., Liu, C., Mentzer, A.J., Ginn, H.M., Zhao, Y., Duyvesteyn, H.M.E., Tuekprakhon, A., Nutalai, R., Wang, B., Paesen, G.C., Lopez-Camacho, C., Slon-Campos, J., Hallis, B., Coombes, N., Bewley, K., Charlton, S., Walter, T.S., Skelly, D., Lumley, S.F., Dold, C., Levin, R., Dong, T., Pollard, A.J., Knight, J.C., Crook, D., Lambe, T., Clutterbuck, E., Bibi, S., Flaxman, A., Bittaye, M., Belij-Rammerstorfer, S., Gilbert, S., James, W., Carroll, M.W., Klenerman, P., Barnes, E., Dunachie, S.J., Fry, E.E., Mongkolspaya, J., Ren, J., Stuart, D.I., Screaton, G.R., Evidence of escape of SARS-CoV-2 variant B.1.351 from natural and vaccine induced sera, Cell (2021), doi:
https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.02.037