Κάθε φορά που υπάρχει ένα μεγάλο ξέσπασμα ασθενειών, μία από τις πρώτες ερωτήσεις που ρωτούν οι επιστήμονες και το κοινό είναι: "Από πού προήλθε αυτό;"

Για να προβλέψουν και να αποτρέψουν μελλοντικές πανδημίες όπως το COVID-19, οι ερευνητές πρέπει να βρουν την προέλευση των ιών που τους προκαλούν. Αυτό δεν είναι ασήμαντο έργο. ο προέλευση του HIV δεν ήταν ξεκάθαρο μέχρι 20 χρόνια μετά την εξάπλωσή του σε όλο τον κόσμο. Οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν ακόμη την προέλευση του Έμπολα, παρόλο που έχει προκάλεσε περιοδικές επιδημίες από τη δεκαετία του 1970.

ως ειδικός στην ιική οικολογία, Με ρωτούν συχνά πώς οι επιστήμονες εντοπίζουν την προέλευση ενός ιού. Στη δουλειά μου, έχω βρει πολλούς νέους ιούς και μερικά γνωστά παθογόνα που μολύνουν άγρια ​​φυτά χωρίς να προκαλέσει ασθένεια. Φυτό, ζώο ή άνθρωπο, οι μέθοδοι είναι σε μεγάλο βαθμό οι ίδιες. Η ανίχνευση της προέλευσης ενός ιού περιλαμβάνει έναν συνδυασμό εκτεταμένων επιτόπιων εργασιών, διεξοδικών εργαστηριακών δοκιμών και λίγη τύχη.

Οι ιοί μετακινούνται από ξενιστές άγριων ζώων σε ανθρώπους

Πολλοί ιοί και άλλοι παράγοντες ασθένειας που μολύνουν ανθρώπους προέρχονται από ζώα. Αυτές οι ασθένειες είναι ζωονοσογόνο, που σημαίνει ότι προκαλούνται από ιούς ζώων που πήδησαν στους ανθρώπους και προσαρμόστηκαν για να εξαπλωθούν στον ανθρώπινο πληθυσμό.

Μπορεί να είναι δελεαστικό να ξεκινήσετε την αναζήτηση ιογενούς προέλευσης ελέγχοντας άρρωστα ζώα στον τόπο της πρώτης γνωστής ανθρώπινης μόλυνσης, αλλά οι άγριοι ξενιστές συχνά δεν εμφανίζουν συμπτώματα. Οι ιοί και οι οικοδεσπότες τους προσαρμόζονται ο ένας στον άλλο με την πάροδο του χρόνου, έτσι οι ιοί συχνά δεν προκαλούν εμφανή συμπτώματα ασθένειας έως ότου εμφανιστούν πήδηξε σε ένα νέο είδος ξενιστή. Οι ερευνητές δεν μπορούν απλώς να αναζητήσουν άρρωστα ζώα.

Ένα άλλο πρόβλημα είναι ότι οι άνθρωποι και τα ζώα τους δεν είναι στάσιμα. Ο τόπος όπου οι ερευνητές βρίσκουν το πρώτο μολυσμένο άτομο δεν είναι απαραίτητα κοντά στον τόπο όπου εμφανίστηκε για πρώτη φορά ο ιός. Μια πρόκληση στον εντοπισμό της ιογενούς προέλευσης είναι το ευρύ φάσμα δειγμάτων ανθρώπων και ζώων που πρέπει να συλλεχθούν και να δοκιμαστούν. LLuis Alvarez / DigitalVision μέσω Getty Images

Στην περίπτωση του COVID-19, τα νυχτερίδες ήταν ένα προφανές πρώτο μέρος για να κοιτάξετε. Είναι γνωστοί ξενιστές για πολλούς κοροναϊούς και είναι η πιθανή πηγή άλλων ζωονόσων όπως το SARS και MERS.

Για το SARS-CoV-2, τον ιό που προκαλεί το COVID-19, έχουν βρεθεί οι πιο κοντινοί σχετικοί επιστήμονες BatCoV RaTG13. Αυτός ο ιός είναι μέρος μιας συλλογής κοροναϊών νυχτερίδας που ανακαλύφθηκε το 2011 και το 2012 από ιολόγους από το Ινστιτούτο ιολογίας Wuhan. Οι ιολόγοι έψαχναν για κοροναϊούς που σχετίζονται με το SARS σε νυχτερίδες μετά το Πανδημία SARS-CoV-1 το 2003. Συλλέγουν δείγματα κοπράνων και επιχρίσματα λαιμού από νυχτερίδες σε μια τοποθεσία στην επαρχία Γιουνάν περίπου 932 μίλια (1,500 χιλιόμετρα) από το εργαστήριο του ινστιτούτου στο Γουχάν, όπου έφεραν δείγματα πίσω για περαιτέρω μελέτη.

Για να ελέγξουν εάν οι κοροναϊοί των νυχτερίδων θα μπορούσαν να εξαπλωθούν σε ανθρώπους, οι ερευνητές μολύνουν κύτταρα νεφρού πιθήκου και ανθρώπινα κύτταρα που προέρχονται από όγκο με τα δείγματα Γιουνάν. Διαπίστωσαν ότι ένας αριθμός ιών από αυτήν τη συλλογή θα μπορούσε αναπαραγωγή στα ανθρώπινα κύτταρα, που σημαίνει ότι θα μπορούσαν ενδεχομένως να μεταδοθούν απευθείας από νυχτερίδες σε ανθρώπους χωρίς ενδιάμεσο ξενιστή. Τα νυχτερίδες και οι άνθρωποι δεν έρχονται σε άμεση επαφή, ωστόσο, οπότε ένας ενδιάμεσος ξενιστής είναι ακόμα πολύ πιθανός.

Εύρεση των πλησιέστερων συγγενών

Το επόμενο βήμα είναι να προσδιορίσετε πόσο στενά σχετίζεται ένας ύποπτος ιός άγριας πανίδας με αυτόν που μολύνει τους ανθρώπους. Οι επιστήμονες το κάνουν αυτό υπολογίζοντας τη γενετική ακολουθία του ιού, που περιλαμβάνει τον προσδιορισμό της σειράς των βασικών δομικών στοιχείων, ή νουκλεοτίδια, που αποτελούν το γονιδίωμα. Όσο περισσότερα μοιράζονται δύο νουκλεοτίδια αλληλουχίες τόσο πιο στενά σχετίζονται.

Η γενετική αλληλουχία του ιού bat coronavirus RaTG13 έδειξε ότι έχει τελειώσει 96% πανομοιότυπο στο SARS-CoV-2. Αυτό το επίπεδο ομοιότητας σημαίνει ότι το RaTG13 είναι πολύ κοντά σε σχέση με το SARS-CoV-2, επιβεβαιώνοντας ότι το SARS-CoV-2 πιθανότατα προήλθε από νυχτερίδες, αλλά εξακολουθεί να είναι πολύ μακρινό για να είναι άμεσος πρόγονος. Πιθανότατα υπήρχε ένας άλλος ξενιστής που έπιασε τον ιό από νυχτερίδες και τον έδωσε στον άνθρωπο. Για να βρουν τον ενδιάμεσο ξενιστή μεταξύ νυχτερίδων και ανθρώπων, οι ερευνητές πρέπει να ρίξουν ένα μεγάλο δίχτυ και να δοκιμάσουν πολλά διαφορετικά ζώα. AP Photo / Silvia Izquierdo

Επειδή μερικές από τις πρώτες περιπτώσεις COVID-19 εντοπίστηκαν σε άτομα που σχετίζονται με την αγορά άγριων ζώων στο Γουχάν, υπήρχαν εικασίες ότι ένα άγριο ζώο από αυτήν την αγορά ήταν ο ενδιάμεσος ξενιστής μεταξύ νυχτερίδων και ανθρώπων. Ωστόσο, οι ερευνητές δεν βρήκα ποτέ τον κοροναϊό σε ζώα από την αγορά.

Ομοίως, όταν εντοπίστηκε ένα σχετικό κοροναϊό στο παγκολίνοι κατασχέθηκε σε μια επιχείρηση κατά του λαθρεμπορίου στη νότια Κίνα, πολλοί έπεσαν στο συμπέρασμα ότι το SARS-CoV-2 είχε πηδήξει από νυχτερίδες σε παγκολίνες σε ανθρώπους. ο ιός παγκολίνης βρέθηκε να είναι μόνο 91% πανομοιότυπο με το SARS-CoV-2, ωστόσο, καθιστώντας απίθανο να είναι άμεσος πρόγονος του ανθρώπινου ιού.

Για να εντοπιστεί η προέλευση του SARS-CoV-2, πρέπει να συλλεχθούν πολύ περισσότερα άγρια ​​δείγματα. Αυτό είναι ένα δύσκολο έργο - η δειγματοληψία νυχτερίδων είναι χρονοβόρα και απαιτεί αυστηρές προφυλάξεις κατά της τυχαίας μόλυνσης. Δεδομένου ότι τα κοροναϊούς που σχετίζονται με το SARS βρίσκονται στο νυχτερίδες σε όλη την Ασία, συμπεριλαμβανομένης της Ταϊλάνδης και της Ιαπωνίας, είναι ένα πολύ μεγάλο άχυρο για αναζήτηση μιας πολύ μικρής βελόνας.

Δημιουργία οικογενειακού δέντρου για το SARS-CoV-2

Προκειμένου να ξεκαθαρίσουν το γρίφο της ιογενούς προέλευσης και της κίνησης, οι επιστήμονες όχι μόνο πρέπει να βρουν τα κομμάτια που λείπουν, αλλά επίσης να καταλάβουν πώς ταιριάζουν όλοι μαζί. Αυτό απαιτεί τη συλλογή ιικών δειγμάτων από ανθρώπινες μολύνσεις και τη σύγκριση αυτών των γενετικών αλληλουχιών τόσο μεταξύ τους όσο και με άλλους ιούς που προέρχονται από ζώα.

Για να προσδιορίσουν πώς αυτά τα ιικά δείγματα σχετίζονται μεταξύ τους, οι ερευνητές χρησιμοποιούν εργαλεία υπολογιστών για να κατασκευάσουν το οικογενειακό δέντρο του ιού ή φιλογένεια. Οι ερευνητές συγκρίνουν τις γενετικές ακολουθίες κάθε ιικού δείγματος και δημιουργούν σχέσεις ευθυγραμμίζοντας και ταξινομώντας τις γενετικές ομοιότητες και διαφορές.

Ο άμεσος πρόγονος του ιού, που μοιράζεται τη μεγαλύτερη γενετική ομοιότητα, θα μπορούσε να θεωρηθεί ως ο γονέας του. Οι παραλλαγές που μοιράζονται την ίδια γονική ακολουθία, αλλά με αρκετές αλλαγές για να τις κάνουν να ξεχωρίζουν μεταξύ τους είναι σαν αδέλφια. Στην περίπτωση του SARS-CoV-2, το Παραλλαγή της Νότιας Αφρικής, B.1.351 και η παραλλαγή στο Ηνωμένο Βασίλειο, B.1.1.7, είναι αδέλφια.

Η οικοδόμηση ενός οικογενειακού δέντρου περιπλέκεται από το γεγονός ότι διαφορετικές παράμετροι ανάλυσης μπορούν να δώσουν διαφορετικά αποτελέσματα: Το ίδιο σύνολο γενετικών αλληλουχιών μπορεί να παράγει δύο πολύ διαφορετικά οικογενειακά δέντρα. Οι νουκλεοτιδικές αλληλουχίες έξι φανταστικών ιών εμφανίζονται στην κορυφή. Ακολουθούν δύο οικογενειακά δέντρα αυτών των ιών που δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας δύο διαφορετικά προγράμματα. Το δέντρο στα αριστερά χρησιμοποιεί μόνο τοις εκατό ταυτότητα, ενώ το δέντρο στα δεξιά εξετάζει επίσης κατά πόσον οι δύο ακολουθίες μοιράζονται παρόμοιους χαρακτήρες. Μέριλιν Ρούσινκ, CC BY-ND

Για το SARS-CoV-2, η φυλογενετική ανάλυση αποδεικνύεται ιδιαίτερα δύσκολη. Αν και δεκάδες χιλιάδες ακολουθίες SARS-CoV-2 είναι τώρα διαθέσιμα, δεν διαφέρουν μεταξύ τους αρκετά σχηματίστε μια σαφή εικόνα του πώς σχετίζονται μεταξύ τους.

Η τρέχουσα συζήτηση: Άγριος ξενιστής ή διαρροή εργαστηρίου;

Θα μπορούσε το SARS-CoV-2 να έχει κυκλοφορήσει από ένα ερευνητικό εργαστήριο; Παρόλο τρέχοντα στοιχεία υπονοεί ότι δεν συμβαίνει αυτό, 18 εξέχοντες ιολόγοι πρότειναν πρόσφατα ότι πρέπει να είναι αυτή η ερώτηση διερευνήθηκε περαιτέρω.

Παρόλο που υπήρχαν εικασίες για το SARS-CoV-2 να κατασκευαστεί σε εργαστήριο, αυτή η πιθανότητα φαίνεται πολύ απίθανη. Κατά τη σύγκριση της γενετικής ακολουθίας του άγριου RaTG13 με το SARS-CoV-2, οι διαφορές εξαπλώνονται τυχαία σε ολόκληρο το γονιδίωμα. Σε έναν κατασκευασμένο ιό, θα υπήρχαν σαφείς ομάδες αλλαγών που αντιπροσωπεύουν εισήγαγε ακολουθίες από διαφορετική πηγή ιών.

[Αποκτήστε τις καλύτερες ιστορίες μας για την επιστήμη, την υγεία και την τεχνολογία. Εγγραφείτε στο ενημερωτικό δελτίο του The Conversation's science.]

Υπάρχει μια μοναδική ακολουθία στο γονιδίωμα SARS-CoV-2 που κωδικοποιεί ένα μέρος της πρωτεΐνης ακίδα που φαίνεται να παίζει σημαντικό ρόλο στη μόλυνση των ανθρώπων. Είναι ενδιαφέρον ότι μια παρόμοια ακολουθία βρίσκεται στον MERS coronavirus που προκαλεί μια ασθένεια παρόμοια με το COVID-19.

Αν και δεν είναι σαφές πώς το SARS-CoV-2 απέκτησε αυτές τις αλληλουχίες, η ιογενής εξέλιξη υποδηλώνει ότι προέκυψαν από φυσικές διαδικασίες. Ιοί συσσωρεύουν αλλαγές είτε με γενετική ανταλλαγή με άλλους ιούς και τους ξενιστές τους, είτε με τυχαία λάθη κατά την αναπαραγωγή. Ιοί που αποκτούν μια γενετική αλλαγή που τους δίνει αναπαραγωγικό πλεονέκτημα συνήθως θα συνεχίσει να το μεταδίδει μέσω αναπαραγωγής. Ότι το MERS και το SARS-CoV-2 μοιράζονται μια παρόμοια ακολουθία σε αυτό το μέρος του γονιδιώματος, υποδηλώνει ότι φυσικά εξελίχθηκε και στα δύο και εξαπλώθηκε επειδή τους βοηθά να μολύνουν ανθρώπινα κύτταρα.

Πού να πάτε από εδώ;

Η καταγραφή της προέλευσης του SARS-CoV-2 θα μπορούσε να μας δώσει στοιχεία για την κατανόηση και την πρόβλεψη μελλοντικών πανδημιών, αλλά μπορεί να μην ξέρουμε ποτέ από πού ακριβώς προήλθε. Ανεξάρτητα από το πώς το SARS-CoV-2 πήδηξε στον άνθρωπο, είναι εδώ τώρα και μάλλον είναι εδώ για να μείνει. Στο μέλλον, οι ερευνητές πρέπει να συνεχίσουν να παρακολουθούν τη διάδοσή του και να εμβολιάσουν όσο το δυνατόν περισσότερα άτομα.

Σχετικά με το Συγγραφέας