Aina kun esiintyy merkittävä taudinpurkaus, yksi ensimmäisistä tiedemiehien ja yleisön kysymyksistä on: "Mistä tämä tuli?"

COVID-19: n kaltaisten tulevien pandemioiden ennustamiseksi ja estämiseksi tutkijoiden on löydettävä niitä aiheuttavien virusten alkuperä. Tämä ei ole triviaali tehtävä. HIV: n alkuperä oli selvä vasta 20 vuoden kuluttua sen leviämisestä ympäri maailmaa. Tutkijat eivät vieläkään tiedä ebolan alkuperää, vaikka sillä onkin aiheuttanut jaksoittaisia ​​epidemioita 1970-luvulta lähtien.

Kuten virusekologian asiantuntija, Minulta kysytään usein, kuinka tutkijat jäljittävät viruksen alkuperän. Työssäni olen löytänyt monia uusia viruksia ja joitain tunnettuja taudinaiheuttajia, jotka tartuttavat luonnonvaraisia ​​kasveja aiheuttamatta mitään tautia. Kasvi, eläin tai ihminen, menetelmät ovat suurelta osin samat. Viruksen alkuperän jäljittäminen edellyttää laajaa kenttätyötä, perusteellista laboratoriotestausta ja melko vähän onnea.

Virukset siirtyvät villieläinten isännistä ihmisiin

Monet ihmiset tartuttavat virukset ja muut taudinaiheuttajat ovat peräisin eläimistä. Nämä sairaudet ovat zoonoottisia, mikä tarkoittaa, että ne johtuvat ihmisvirheen aiheuttamista eläinviruksista, jotka ovat sopeutuneet leviämään ihmiskunnassa.

Voi olla houkuttelevaa aloittaa viruksen alkuperähaku testaamalla sairaita eläimiä ensimmäisen tunnetun ihmisen infektion kohdalla, mutta villi-isännillä ei usein ole oireita. Virukset ja heidän isäntänsä sopeutuvat toisiinsa ajan myötä, joten virukset eivät usein aiheuta ilmeisiä sairausoireita ennen kuin ne ovat hyppäsi uudelle isäntälajille. Tutkijat eivät voi vain etsiä sairaita eläimiä.

Toinen ongelma on, että ihmiset ja heidän ruokaeläimet eivät ole paikallaan. Paikka, josta tutkijat löytävät ensimmäisen tartunnan saaneen henkilön, ei välttämättä ole lähellä viruksen ensimmäistä esiintymispaikkaa. Haitta virusperäisen alkuperän jäljittämisessä on laaja valikoima ihmis- ja eläinnäytteitä, jotka on kerättävä ja testattava. LLuis Alvarez / DigitalVision Getty Imagesin kautta

COVID-19: n tapauksessa lepakot olivat ilmeinen ensimmäinen paikka etsiä. He ovat tunnettuja isäntiä monille koronaviruksille ja ovat todennäköinen lähde muille zoonoottisille sairauksille, kuten SARS ja MERS.

SARS-CoV-2: lle, joka on COVID-19: n aiheuttaja, lähin tutkijoiden tähän mennessä löytämä sukulainen on BatCoV RaTG13. Tämä virus on osa Wuhanin virologisen instituutin virologien vuosina 2011 ja 2012 löytämiä lepakoronavirusten kokoelmia. Virologit etsivät SARS: iin liittyviä koronaviruksia lepakoista SARS-CoV-1-pandemia vuonna 2003. He keräsivät ulostenäytteet ja kurkunpyyhkeitä lepakoista Yunnanin maakunnassa sijaitsevassa paikassa noin 932 kilometrin päässä instituutin Wuhanin laboratoriosta, josta he toivat näytteet takaisin lisätutkimuksia varten.

Testatakseen, voisivatko lepakonkoronavirukset levitä ihmisiin, tutkijat tartuttivat apinan munuaissolut ja ihmisen kasvainperäiset solut Yunnan-näytteiden kanssa. He havaitsivat, että monet tämän kokoelman virukset voisivat kopioida ihmissoluissa, mikä tarkoittaa, että ne voivat mahdollisesti siirtyä suoraan lepakoista ihmisille ilman välitöntä isäntää. Lepakot ja ihmiset eivät kuitenkaan ole suorassa kontaktissa kovin usein, joten väli-isäntä on edelleen melko todennäköinen.

Lähimpien sukulaisten etsiminen

Seuraava vaihe on selvittää, kuinka läheinen epäilty villivirus liittyy ihmisiin tarttuvaan virukseen. Tutkijat tekevät tämän selvittämällä viruksen geneettisen sekvenssin, johon kuuluu peruselementtien järjestyksen määrittäminen nukleotidin, jotka muodostavat genomin. Mitä enemmän nukleotideja kahdella geneettisellä sekvenssillä on, sitä läheisemmin ne ovat yhteydessä toisiinsa.

RaTG13-lepakonkoronaviruksen geneettinen sekvensointi osoitti sen olevan ohi 96% identtinen SARS-CoV-2: een. Tämä samankaltaisuustaso tarkoittaa, että RaTG13 on melko lähellä SARS-CoV-2: ta, mikä vahvistaa, että SARS-CoV-2 on todennäköisesti peräisin lepakoista, mutta on silti liian kaukana ollakseen suora esi-isä. Todennäköisesti oli toinen isäntä, joka tarttui virukseen lepakoista ja välitti sen ihmisille. Löytääkseen lepakoiden ja ihmisten välisen isännän tutkijoiden on heitettävä suuri verkko ja otettava näytteet monista eri eläimistä. AP-valokuva / Silvia Izquierdo

Koska jotkut varhaisimmista COVID-19 -tapauksista havaittiin Wuhanin villimarkkinoihin liittyvillä ihmisillä, spekuloitiin, että näiltä markkinoilta tuleva villieläin oli välittäjäisäntä lepakoiden ja ihmisten välillä. Tutkijat kuitenkin ei koskaan löytänyt koronavirusta markkinoilla olevilla eläimillä.

Samoin, kun siihen liittyvä koronavirus tunnistettiin pangolins takavarikoitu salakuljetuksen vastaisessa operaatiossa Etelä-Kiinassa, monet hyppäsivät siihen johtopäätökseen, että SARS-CoV-2 oli siirtynyt lepakoista ihmisiin. pangoliinivirus todettiin olevan vain 91% identtinen SARS-CoV-2: n kanssa, mikä tekee siitä epätodennäköisen ihmisviruksen suoran esi-isän.

SARS-CoV-2: n alkuperän selvittämiseksi on kerättävä paljon enemmän villinäytteitä. Tämä on vaikea tehtävä - lepakoiden näytteenotto on aikaa vievää ja vaatii tiukkoja varotoimia tahattomien infektioiden varalta. Koska SARS: ään liittyviä koronaviruksia löytyy lepakot kaikkialla Aasiassa, mukaan lukien Thaimaa ja Japani, on erittäin iso heinäsuovasta etsiä hyvin pientä neulaa.

Sukupuun luominen SARS-CoV-2: lle

Viruksen alkuperän ja liikkumisen palapelin selvittämiseksi tutkijoiden on paitsi löydettävä puuttuvat palaset, myös selvitettävä, kuinka ne kaikki sopivat yhteen. Tämä edellyttää viruksenäytteiden keräämistä ihmisen infektioista ja näiden geneettisten sekvenssien vertaamista sekä toisiinsa että muihin eläinperäisiin viruksiin.

Määritelläkseen, kuinka nämä viruksenäytteet liittyvät toisiinsa, tutkijat rakentavat tietokonetyökaluja viruksen sukupuun rakentamiseen fylogenia. Tutkijat vertaavat kunkin viruksen näytteen geneettisiä sekvenssejä ja rakentavat suhteita yhdenmukaistamalla ja järjestämällä geneettiset samankaltaisuudet ja erot.

Viruksen välittömän esi-isän, jolla on suurin geneettinen samankaltaisuus, voidaan ajatella olevan sen vanhempi. Variantit, jotka jakavat saman vanhemmuuden, mutta joilla on tarpeeksi muutoksia, jotta ne olisivat erillisiä toisistaan, ovat kuin sisaruksia. SARS-CoV-2: n tapauksessa Etelä-Afrikan muunnos, B.1.351, ja Yhdistyneen kuningaskunnan variantti, B.1.1.7, ovat sisaruksia.

Sukupuun rakentaminen on monimutkaista sillä, että erilaiset analyysiparametrit voivat antaa erilaisia ​​tuloksia: Sama geneettisten sekvenssien sarja voi tuottaa kaksi hyvin erilaista sukupuuta. Kuuden kuvitteellisen viruksen nukleotidisekvenssit on esitetty yläosassa. Alla on kaksi näiden virusten sukupuuta, jotka on luotu kahdella eri ohjelmalla. Vasemmanpuoleinen puu käyttää vain identtisyyden prosenttiosuutta, kun taas oikealla oleva puu tarkastelee myös, ovatko molemmilla jaksoilla samanlaisia ​​merkkejä. Marilyn Roossinck, CC BY-ND

Fylogeneettinen analyysi osoittautuu SARS-CoV-2: lle erityisen vaikeaksi. Vaikka kymmeniä tuhansia SARS-CoV-2-sekvenssejä ovat nyt saatavilla, ne eivät eroa toisistaan ​​tarpeeksi muodostaa selkeän kuvan kuinka he ovat yhteydessä toisiinsa.

Käynnissä oleva keskustelu: Villi isäntä tai laboratorion levinneisyys?

Voisiko SARS-CoV-2 vapauttaa tutkimuslaboratoriosta? Siitä huolimatta nykyiset todisteet 18 merkittävää virologia ehdotti äskettäin, että tämän kysymyksen pitäisi olla tutkittu edelleen.

Vaikka on spekuloitu SARS-CoV-2: n suunnittelusta laboratoriossa, tämä mahdollisuus näyttää erittäin epätodennäköiseltä. Verrattaessa villin RaTG13: n geneettistä sekvenssiä SARS-CoV-2: een, erot jakautuvat satunnaisesti genomiin. Suunnitellussa viruksessa olisi selkeät lohkot muutoksista, jotka edustavat käyttöönotetut sekvenssit eri viruslähteestä.

[Hanki parhaat tiede-, terveys- ja teknologiatietomme. Tilaa The Conversationin tiedeuutiskirje.]

SARS-CoV-2-genomissa on yksi ainutlaatuinen sekvenssi, joka koodaa piikkiproteiinin osaa, jolla näyttää olevan tärkeä rooli ihmisten tartuttamisessa. Mielenkiintoista on, että samanlainen sekvenssi löytyy MERS-koronaviruksesta aiheuttaa samanlaisen taudin kuin COVID-19.

Vaikka ei ole selvää, kuinka SARS-CoV-2 hankki nämä sekvenssit, viruksen evoluutio viittaa siihen, että ne syntyivät luonnollisista prosesseista. Virukset kerätä muutoksia joko geneettisellä vaihdolla muiden virusten ja niiden isäntien kanssa tai satunnaisilla virheillä replikaation aikana. Virukset, jotka saavat geneettisen muutoksen, joka antaa heille a lisääntymisetu yleensä jatkaisi sen välittämistä replikoinnin avulla. Se, että MERS: llä ja SARS-CoV-2: lla on samanlainen sekvenssi tässä genomin osassa, viittaa siihen, että se kehittyi luonnollisesti molemmissa ja levisi, koska se auttaa heitä tartuttamaan ihmissoluja.

Mistä mennä täältä?

SARS-CoV-2: n alkuperän selvittäminen voisi antaa meille vihjeitä ymmärtää ja ennustaa tulevia pandemioita, mutta emme ehkä koskaan tiedä tarkalleen mistä se tuli. Riippumatta siitä, kuinka SARS-CoV-2 hyppäsi ihmisiin, se on täällä nyt, ja se on todennäköisesti täällä pysyä. Tutkijoiden on jatkettava sen leviämisen seurantaa ja rokotettava mahdollisimman moni ihminen.

Author