Indholdsfortegnelse:

Hvordan virusdetektiver sporer oprindelsen af ​​et udbrud – og hvorfor det er så vanskeligt
Hvordan virusdetektiver sporer oprindelsen af ​​et udbrud – og hvorfor det er så vanskeligt
Anonim

Hver gang der er et større sygdomsudbrud, er et af de første spørgsmål, videnskabsmænd og offentligheden stiller: "Hvor kom dette fra?"

For at forudsige og forhindre fremtidige pandemier som COVID-19 er forskere nødt til at finde oprindelsen til de vira, der forårsager dem. Dette er ikke en triviel opgave. Oprindelsen af ​​hiv var ikke klar før 20 år efter, at den spredte sig over hele verden. Forskere kender stadig ikke oprindelsen af ​​ebola, selvom det har forårsaget periodiske epidemier siden 1970'erne.

Som ekspert i viral økologi bliver jeg ofte spurgt, hvordan videnskabsmænd sporer oprindelsen af ​​en virus. I mit arbejde har jeg fundet mange nye vira og nogle velkendte patogener, der inficerer vilde planter uden at forårsage nogen sygdom. Plante, dyr eller mennesker, metoderne er stort set de samme. At spore oprindelsen af ​​en virus involverer en kombination af omfattende feltarbejde, grundige laboratorietests og en hel del held.

Virus springer fra vilde dyreværter til mennesker

Mange vira og andre sygdomsstoffer, der inficerer mennesker, stammer fra dyr. Disse sygdomme er zoonotiske, hvilket betyder, at de er forårsaget af dyrevirus, der sprang til mennesker og tilpassede sig til at sprede sig gennem den menneskelige befolkning.

Det kan være fristende at starte den virale oprindelsessøgning ved at teste syge dyr på stedet for den første kendte menneskelige infektion, men vilde værter viser ofte ingen symptomer. Virus og deres værter tilpasser sig hinanden over tid, så vira forårsager ofte ikke tydelige sygdomssymptomer, før de er hoppet til en ny værtsart. Forskere kan ikke bare lede efter syge dyr.

Et andet problem er, at mennesker og deres fødedyr ikke er stationære. Det sted, hvor forskerne finder den første inficerede person, er ikke nødvendigvis tæt på det sted, hvor virussen først dukkede op.

I tilfældet med COVID-19 var flagermus et oplagt første sted at kigge efter. De er kendte værter for mange coronavirus og er den sandsynlige kilde til andre zoonotiske sygdomme som SARS og MERS.

For SARS-CoV-2, den virus, der forårsager COVID-19, har de nærmeste slægtninge videnskabsmænd indtil videre fundet BatCoV RaTG13. Denne virus er en del af en samling af flagermus-coronavirus opdaget i 2011 og 2012 af virologer fra Wuhan Virology Institute. Virologerne ledte efter SARS-relaterede coronavirus hos flagermus efter SARS-CoV-1-pandemien i 2003. De indsamlede afføringsprøver og svælgprøver fra flagermus på et sted i Yunnan-provinsen omkring 1.500 kilometer fra instituttets laboratorium i Wuhan, hvor de bragte prøver tilbage til yderligere undersøgelse.

For at teste, om flagermus-coronavirussen kunne sprede sig til mennesker, inficerede forskere abenyreceller og humane tumorafledte celler med Yunnan-prøverne. De fandt ud af, at en række af vira fra denne samling kunne replikere i de menneskelige celler, hvilket betyder, at de potentielt kunne overføres direkte fra flagermus til mennesker uden en mellemvært. Flagermus og mennesker kommer dog ikke så ofte i direkte kontakt, så en mellemvært er stadig ret sandsynlig.

At finde de nærmeste pårørende

Det næste trin er at bestemme, hvor nært beslægtet en formodet vildtlevende virus er med den, der inficerer mennesker. Forskere gør dette ved at finde ud af den genetiske sekvens af virussen, hvilket involverer at bestemme rækkefølgen af ​​de grundlæggende byggesten eller nukleotider, der udgør genomet. Jo flere nukleotider to genetiske sekvenser deler, jo tættere er de beslægtede.

Genetisk sekventering af flagermus-coronavirus RaTG13 viste, at den var over 96 % identisk med SARS-CoV-2. Dette niveau af lighed betyder, at RaTG13 er en temmelig tæt slægtning til SARS-CoV-2, hvilket bekræfter, at SARS-CoV-2 sandsynligvis stammer fra flagermus, men stadig er for fjern til at være en direkte forfader. Der var sandsynligvis en anden vært, der fangede virussen fra flagermus og gav den videre til mennesker.

Fordi nogle af de tidligste tilfælde af COVID-19 blev fundet hos mennesker med tilknytning til dyrelivsmarkedet i Wuhan, var der spekulationer om, at et vildt dyr fra dette marked var mellemværten mellem flagermus og mennesker. Forskere fandt dog aldrig coronavirus i dyr fra markedet.

Ligeledes, da en relateret coronavirus blev identificeret i pangoliner, der blev konfiskeret i en antismuglingsoperation i det sydlige Kina, sprang mange til den konklusion, at SARS-CoV-2 var sprunget fra flagermus til pangoliner til mennesker. Pangolinvirusset viste sig dog kun at være 91% identisk med SARS-CoV-2, hvilket gør det usandsynligt, at det er en direkte stamfader til det humane virus.

For at lokalisere oprindelsen af ​​SARS-CoV-2 skal der indsamles mange flere vilde prøver. Dette er en vanskelig opgave - prøveudtagning af flagermus er tidskrævende og kræver strenge forholdsregler mod utilsigtet infektion. Da SARS-relaterede coronavirus findes i flagermus i hele Asien, inklusive Thailand og Japan, er det en meget stor høstak at søge efter en meget lille nål.

Oprettelse af et stamtræ til SARS-CoV-2

For at løse puslespillet om viral oprindelse og bevægelse skal forskerne ikke kun finde de manglende brikker, men også finde ud af, hvordan de alle passer sammen. Dette kræver indsamling af virale prøver fra humane infektioner og sammenligning af disse genetiske sekvenser både med hinanden og med andre dyre-afledte vira.

For at bestemme, hvordan disse virale prøver er relateret til hinanden, bruger forskere computerværktøjer til at konstruere virussens stamtræ eller fylogeni. Forskere sammenligner de genetiske sekvenser af hver viral prøve og konstruerer relationer ved at justere og rangordne genetiske ligheder og forskelle.

Den direkte forfader til virussen, der deler den største genetiske lighed, kunne betragtes som dens forælder. Varianter, der deler den samme overordnede sekvens, men med nok ændringer til at gøre dem adskilt fra hinanden, er som søskende. I tilfælde af SARS-CoV-2 er den sydafrikanske variant, B.1.351, og den britiske variant, B.1.1.7, søskende.

Opbygningen af ​​et stamtræ kompliceres af, at forskellige analyseparametre kan give forskellige resultater: Det samme sæt genetiske sekvenser kan producere to meget forskellige stamtræer.

For SARS-CoV-2 viser fylogenetisk analyse sig at være særlig vanskelig. Selvom titusindvis af SARS-CoV-2-sekvenser nu er tilgængelige, adskiller de sig ikke nok fra hinanden til at danne et klart billede af, hvordan de er relateret til hinanden.

Den aktuelle debat: Vild vært eller laboratorieafsmitning?

Kunne SARS-CoV-2 være blevet frigivet fra et forskningslaboratorium? Selvom nuværende bevis tyder på, at dette ikke er tilfældet, foreslog 18 fremtrædende virologer for nylig, at dette spørgsmål skulle undersøges yderligere.

Selvom der har været spekulationer om, at SARS-CoV-2 bliver konstrueret i et laboratorium, virker denne mulighed meget usandsynlig. Når man sammenligner den genetiske sekvens af vild RaTG13 med SARS-CoV-2, er forskelle tilfældigt spredt over genomet. I en konstrueret virus ville der være klare blokke af ændringer, der repræsenterer introducerede sekvenser fra en anden viral kilde.

Der er én unik sekvens i SARS-CoV-2-genomet, der koder for en del af spidsproteinet, der ser ud til at spille en vigtig rolle i at inficere mennesker. Interessant nok findes en lignende sekvens i MERS coronavirus, der forårsager en sygdom, der ligner COVID-19.

Selvom det ikke er klart, hvordan SARS-CoV-2 erhvervede disse sekvenser, tyder viral udvikling på, at de opstod fra naturlige processer. Virus akkumulerer ændringer enten ved genetisk udveksling med andre vira og deres værter eller ved tilfældige fejl under replikation. Vira, der opnår en genetisk ændring, der giver dem en reproduktiv fordel, vil typisk fortsætte med at give den videre gennem replikation. At MERS og SARS-CoV-2 deler en lignende sekvens i denne del af genomet antyder, at det naturligt udviklede sig i begge og spredte sig, fordi det hjælper dem med at inficere menneskelige celler.

Hvor skal man hen herfra?

At finde ud af oprindelsen af ​​SARS-CoV-2 kunne give os ledetråde til at forstå og forudsige fremtidige pandemier, men vi ved måske aldrig præcis, hvor det kom fra. Uanset hvordan SARS-CoV-2 sprang ind i mennesker, er den her nu, og den er sandsynligvis kommet for at blive. Fremover skal forskerne fortsætte med at overvåge spredningen og få så mange mennesker vaccineret som muligt.

Marilyn J. Roossinck, professor i plantepatologi og miljømikrobiologi, Penn State

Populær af emne.