Kiel Virusaj Detektivoj Spuras La Originojn De Epidemio – Kaj Kial Ĝi Estas Tiel Delikata
Kiel Virusaj Detektivoj Spuras La Originojn De Epidemio – Kaj Kial Ĝi Estas Tiel Delikata
Anonim

Ĉiufoje kiam okazas grava malsano, unu el la unuaj demandoj, kiujn sciencistoj kaj publiko demandas, estas: "De kie ĉi tio venis?"

Por antaŭdiri kaj malhelpi estontajn pandemiojn kiel COVID-19, esploristoj devas trovi la originon de la virusoj kiuj kaŭzas ilin. Ĉi tio ne estas bagatela tasko. La origino de HIV ne estis klara ĝis 20 jaroj post kiam ĝi disvastiĝis tra la mondo. Sciencistoj ankoraŭ ne konas la originon de Ebolo, kvankam ĝi kaŭzis periodajn epidemiojn ekde la 1970-aj jaroj.

Kiel spertulo pri virusekologio, oni ofte demandas min kiel sciencistoj spuras la originojn de viruso. En mia laboro, mi trovis multajn novajn virusojn kaj kelkajn konatajn patogenojn kiuj infektas sovaĝajn plantojn sen kaŭzi ajnan malsanon. Planto, besto aŭ homo, la metodoj estas plejparte la samaj. Spuri la originojn de viruso implikas kombinaĵon de ampleksa kampa laboro, ĝisfunda testado de laboratorio kaj iom da bonŝanco.

Virusoj saltas de sovaĝaj bestoj al homoj

Multaj virusoj kaj aliaj malsanoj kiuj infektas homojn originas de bestoj. Ĉi tiuj malsanoj estas zoonozaj, tio signifas, ke ili estas kaŭzitaj de bestaj virusoj, kiuj saltis al homoj kaj adaptiĝis por disvastiĝi tra la homa loĝantaro.

Eble estus tente komenci la serĉon de virus-origino provante malsanajn bestojn ĉe la loko de la unua konata homa infekto, sed sovaĝaj gastigantoj ofte ne montras simptomojn. Virusoj kaj iliaj gastigantoj adaptiĝas unu al la alia laŭlonge de la tempo, do virusoj ofte ne kaŭzas evidentajn malsansimptomojn ĝis ili saltis al nova gastiga specio. Esploristoj ne povas simple serĉi malsanajn bestojn.

Alia problemo estas, ke homoj kaj iliaj manĝbestoj ne estas senmovaj. La loko kie esploristoj trovas la unuan infektitan personon ne estas nepre proksima al la loko kie la viruso unue aperis.

En la kazo de COVID-19, vespertoj estis evidenta unua loko por rigardi. Ili estas konataj gastigantoj por multaj koronavirusoj kaj estas la verŝajna fonto de aliaj zoonozaj malsanoj kiel SARS kaj MERS.

Por SARS-CoV-2, la viruso kiu kaŭzas COVID-19, la plej proksimaj relativaj sciencistoj trovis ĝis nun estas BatCoV RaTG13. Ĉi tiu viruso estas parto de kolekto de vespertkoronavirusoj malkovritaj en 2011 kaj 2012 de virologoj de la Wuhana Virologia Instituto. La virologoj serĉis SARS-rilatajn koronavirusojn en vespertoj post la SARS-CoV-1-pandemio en 2003. Ili kolektis fekajn specimenojn kaj gorĝajn lavumojn de vespertoj en loko en Yunnan Provinco proksimume 932 mejlojn (1,500 kilometroj) de la laboratorio de la instituto. en Wuhan, kie ili alportis specimenojn por plua studo.

Por provi ĉu la vespertkoronavirusoj povus disvastiĝi en homojn, esploristoj infektis simiajn renajn ĉelojn kaj homajn tumor-derivitajn ĉelojn per la Yunnan-provaĵoj. Ili trovis, ke kelkaj virusoj de ĉi tiu kolekto povus reproduktiĝi en la homaj ĉeloj, kio signifas, ke ili eble povus esti transdonitaj rekte de vespertoj al homoj sen meza gastiganto. Vespertoj kaj homoj ne tre ofte venas en rektan kontakton, tamen, do meza gastiganto estas ankoraŭ sufiĉe verŝajna.

Trovi la plej proksimajn parencojn

La sekva paŝo estas determini kiom proksime rilatas ŝajna sovaĝa viruso al tiu infektanta homojn. Sciencistoj faras tion eltrovante la genetikan sekvencon de la viruso, kiu implikas determini la ordon de la bazaj konstrubriketoj, aŭ nukleotidoj, kiuj konsistigas la genaron. Ju pli da nukleotidoj du genetikaj sekvencoj dividas, des pli proksime ili estas rilataj.

Genetika sekvencado de vespertkoronavirus RaTG13 montris, ke ĝi estas pli ol 96% identa al SARS-CoV-2. Ĉi tiu nivelo de simileco signifas, ke RaTG13 estas sufiĉe proksima al SARS-CoV-2, konfirmante, ke SARS-CoV-2 verŝajne originis de vespertoj, sed ankoraŭ estas tro malproksima por esti rekta praulo. Verŝajne estis alia gastiganto, kiu kaptis la viruson de vespertoj kaj transdonis ĝin al homoj.

Ĉar iuj el la plej fruaj kazoj de COVID-19 estis trovitaj en homoj asociitaj kun la sovaĝa merkato en Vuhano, estis konjekto ke sovaĝa besto de ĉi tiu merkato estis la meza gastiganto inter vespertoj kaj homoj. Tamen, esploristoj neniam trovis la koronaviruson en bestoj de la merkato.

Same, kiam rilata koronavirus estis identigita en pangolinoj konfiskitaj en kontraŭ-kontrabanda operacio en suda Ĉinio, multaj saltis al la konkludo, ke SARS-CoV-2 saltis de vespertoj al pangolinoj al homoj. La pangolinviruso estis trovita nur 91% identa al SARS-CoV-2, tamen, igante ĝin neverŝajna esti rekta prapatro de la homa viruso.

Por precizigi la originon de SARS-CoV-2, multe pli da sovaĝaj specimenoj devas esti kolektitaj. Ĉi tio estas malfacila tasko - specimeni vespertojn estas tempopostula kaj postulas striktajn antaŭzorgojn kontraŭ hazarda infekto. Ĉar SARS-rilataj koronavirusoj troviĝas en vespertoj tra Azio, inkluzive de Tajlando kaj Japanio, ĝi estas tre granda fojnamaso por serĉi tre malgrandan kudrilon.

Kreante genealogian arbon por SARS-CoV-2

Por ordigi la enigmon de virusaj originoj kaj movado, sciencistoj ne nur devas trovi la mankantajn pecojn, sed ankaŭ eltrovi kiel ili ĉiuj kongruas. Ĉi tio postulas kolekti virusspecimenojn de homaj infektoj kaj kompari tiujn genetikajn sekvencojn kaj unu al la alia kaj al aliaj best-devenaj virusoj.

Por determini kiel ĉi tiuj virusspecimenoj rilatas unu al la alia, esploristoj uzas komputilajn ilojn por konstrui la genealogian arbon aŭ filogenion de la viruso. Esploristoj komparas la genetikajn sekvencojn de ĉiu virusprovaĵo kaj konstruas rilatojn vicigante kaj vicigante genetikajn similecojn kaj diferencojn.

La rekta praulo de la viruso, kunhavanta la plej grandan genetikan similecon, povus esti opiniita kiel ĝia gepatro. Variaĵoj dividantaj tiun saman gepatran sekvencon sed kun sufiĉe da ŝanĝoj por igi ilin apartaj unu de la alia estas kiel gefratoj. En la kazo de SARS-CoV-2, la sudafrika varianto, B.1.351, kaj la brita varianto, B.1.1.7, estas gefratoj.

Konstrui genealogian arbon estas malfaciligita pro la fakto ke malsamaj analizaj parametroj povas doni malsamajn rezultojn: La sama aro de genetikaj sekvencoj povas produkti du tre malsamajn genealogiajn arbojn.

Por SARS-CoV-2, filogenetika analizo pruvas precipe malfacila. Kvankam dekoj da miloj da SARS-CoV-2-sekvencoj nun haveblas, ili ne diferencas sufiĉe unu de la alia por formi klaran bildon pri kiel ili rilatas unu al la alia.

La nuna debato: Sovaĝa gastiganto aŭ laboratorio disvastiĝo?

Ĉu SARS-CoV-2 povus esti liberigita el esplora laboratorio? Kvankam aktuala evidenteco implicas, ke tio ne estas la kazo, 18 elstaraj virologoj lastatempe sugestis, ke ĉi tiu demando estu plu esplorita.

Kvankam estis konjekto pri SARS-CoV-2 kreita en laboratorio, ĉi tiu ebleco ŝajnas tre neverŝajna. Komparante la genetikan sekvencon de sovaĝa RaTG13 kun SARS-CoV-2, diferencoj estas hazarde disvastigitaj tra la genaro. En realigita viruso, ekzistus klaraj blokoj de ŝanĝoj kiuj reprezentas enkondukitajn sekvencojn de malsama virusfonto.

Estas unu unika sekvenco en la SARS-CoV-2-genaro, kiu kodas por parto de la pika proteino, kiu ŝajnas ludi gravan rolon en infektado de homoj. Interese, simila sekvenco troviĝas en la koronavirus MERS, kiu kaŭzas malsanon similan al COVID-19.

Kvankam ne estas klare, kiel SARS-CoV-2 akiris ĉi tiujn sekvencojn, virusa evoluo sugestas, ke ili ekestis de naturaj procezoj. Virusoj akumulas ŝanĝojn aŭ per genetika interŝanĝo kun aliaj virusoj kaj iliaj gastigantoj, aŭ per hazardaj eraroj dum reproduktado. Virusoj kiuj akiras genetikan ŝanĝon kiu donas al ili generan avantaĝon tipe daŭre pludonis ĝin per reproduktado. Ke MERS kaj SARS-CoV-2 dividas similan sekvencon en ĉi tiu parto de la genaro sugestas, ke ĝi nature evoluis en ambaŭ kaj disvastiĝis ĉar ĝi helpas ilin infekti homajn ĉelojn.

Kien iri de ĉi tie?

Eltrovi la originon de SARS-CoV-2 povus doni al ni indicojn por kompreni kaj antaŭdiri estontajn pandemiojn, sed ni eble neniam scios precize de kie ĝi venis. Sendepende de kiel SARS-CoV-2 saltis en homojn, ĝi estas ĉi tie nun, kaj ĝi verŝajne estas ĉi tie por resti. Antaŭen, esploristoj devas daŭre monitori ĝian disvastiĝon, kaj vakcinigi kiel eble plej multajn homojn.

Marilyn J. Roossinck, Profesoro pri Plant Patology kaj Environmental Microbiology, Penn State

Populara laŭ temo