Cum detectează virusul originile unui focar - și de ce este atât de dificil

Cum detectează virusul originile unui focar - și de ce este atât de dificil Prevenirea viitoarei pandemii necesită examinarea arborilor genealogici virali. Stockcrafter / iStock prin Getty Images Plus

De fiecare dată când apare un focar major de boală, una dintre primele întrebări pe care oamenii de știință și publicul o pun este: „De unde a venit asta?”

Pentru a prevedea și preveni viitoarele pandemii precum COVID-19, cercetătorii trebuie să găsească originea virusurilor care le provoacă. Aceasta nu este o sarcină banală. originea HIV nu a fost clar până la 20 de ani după ce sa răspândit în întreaga lume. Oamenii de știință încă nu cunosc originea Ebola, chiar dacă a cunoscut-o a provocat epidemii periodice încă din anii '1970.

Ca expert în ecologie virală, Sunt deseori întrebat cum oamenii de știință urmăresc originile unui virus. În munca mea, am găsit mulți viruși noi și câțiva agenți patogeni bine cunoscuți care infectează plantele sălbatice fără a provoca vreo boală. Plantă, animală sau umană, metodele sunt în mare parte aceleași. Urmărirea originilor unui virus implică o combinație de muncă de teren extinsă, teste amănunțite de laborator și destul de puțin noroc.

Virușii sar de la gazdele animalelor sălbatice la oameni

Multe virusuri și alți agenți de boală care infectează oamenii provin de la animale. Aceste boli sunt zoonotic, adică sunt cauzate de virusuri animale care au sărit la oameni și s-au adaptat pentru a se răspândi prin populația umană.

Ar putea fi tentant să începeți căutarea originii virale testând animalele bolnave la locul primei infecții umane cunoscute, dar gazdele sălbatice nu prezintă adesea simptome. Virușii și gazdele lor se adaptează unul cu celălalt în timp, astfel încât virușii adesea nu cauzează simptome evidente ale bolii până nu au făcut-o a sărit la o nouă specie gazdă. Cercetătorii nu pot căuta doar animale bolnave.


 Obțineți cele mai recente prin e-mail

Revista săptămânală Inspirație zilnică

O altă problemă este că oamenii și animalele lor alimentare nu sunt staționare. Locul în care cercetătorii găsesc prima persoană infectată nu este neapărat aproape de locul în care a apărut prima dată virusul. Cercetător în PPE care ține pipeta în laborator. O provocare în urmărirea originii virale este gama largă de probe umane și animale care trebuie colectate și testate. LLuis Alvarez / DigitalVision prin Getty Images

În cazul COVID-19, liliecii au fost un prim loc evident în care să se uite. Sunt gazde cunoscute pentru multe coronavirusuri și sunt sursa probabilă a altor boli zoonotice precum SARS și MERS.

Pentru SARS-CoV-2, virusul care provoacă COVID-19, cei mai apropiați oameni de știință au găsit până acum BatCoV RaTG13. Acest virus face parte dintr-o colecție de coronavirusuri de lilieci descoperite în 2011 și 2012 de virologii de la Wuhan Virology Institute. Virologii au căutat coronavirusuri legate de SARS la lilieci după Pandemie SARS-CoV-1 în 2003. Ei au colectat probe de fecale și tampoane de gât de la lilieci într-un loc din provincia Yunnan, la aproximativ 932 de kilometri de laboratorul institutului din Wuhan, unde au adus probe înapoi pentru studii ulterioare.

Pentru a testa dacă coronavirusurile liliecilor s-ar putea răspândi în oameni, cercetătorii au infectat celule renale de maimuță și celule derivate de tumori umane cu probele din Yunnan. Au descoperit că un număr de viruși din această colecție ar putea replică în celulele umane, ceea ce înseamnă că acestea ar putea fi transmise direct de la lilieci la oameni fără o gazdă intermediară. Liliecii și oamenii nu intră în contact direct foarte des, totuși, astfel încât o gazdă intermediară este încă destul de probabilă.

Găsirea celor mai apropiate rude

Următorul pas este de a determina cât de strâns legat este un virus suspectat de viața sălbatică cu cel care infectează oamenii. Oamenii de știință fac acest lucru descoperind secvența genetică a virusului, care implică determinarea ordinii blocurilor de bază sau nucleotide, care alcătuiesc genomul. Cu cât două secvențe genetice se împart mai multe nucleotide, cu atât sunt mai strâns legate.

Secvențierea genetică a coronavirusului liliec RaTG13 a arătat că acesta sa încheiat 96% identice la SARS-CoV-2. Acest nivel de similitudine înseamnă că RaTG13 este o rudă destul de apropiată de SARS-CoV-2, confirmând faptul că SARS-CoV-2 provine probabil de la lilieci, dar este încă prea îndepărtat pentru a fi un strămoș direct. Probabil că a existat o altă gazdă care a prins virusul de la lilieci și l-a transmis oamenilor. Persoană care poartă respirator, mănuși și far care ține bâta în sus la lumină. Pentru a găsi gazda intermediară între lilieci și oameni, cercetătorii trebuie să arunce o plasă mare și să probeze multe animale diferite. AP Photo / Silvia Izquierdo

Deoarece unele dintre primele cazuri de COVID-19 au fost găsite la persoanele asociate cu piața vieții sălbatice din Wuhan, s-a speculat că un animal sălbatic de pe această piață ar fi fost gazda intermediară între lilieci și oameni. Cu toate acestea, cercetătorii nu am găsit niciodată coronavirusul la animalele de pe piață.

La fel, atunci când un coronavirus înrudit a fost identificat în pangolini confiscate într-o operațiune anti-contrabandă din sudul Chinei, mulți au ajuns la concluzia că SARS-CoV-2 a sărit de la lilieci la pangolini la oameni. virusul pangolin s-a constatat că este doar 91% identic cu SARS-CoV-2, totuși, ceea ce face puțin probabil să fie un strămoș direct al virusului uman.

Pentru a identifica originea SARS-CoV-2, trebuie colectate mai multe probe sălbatice. Aceasta este o sarcină dificilă - prelevarea liliecilor consumă mult timp și necesită precauții stricte împotriva infecției accidentale. Deoarece coronavirusurile legate de SARS se găsesc în lilieci în toată Asia, inclusiv Thailanda și Japonia, este un fân foarte mare să cauți un ac foarte mic.

Crearea unui arbore genealogic pentru SARS-CoV-2

Pentru a rezolva puzzle-ul originilor și mișcării virale, oamenii de știință nu numai că trebuie să găsească piesele lipsă, ci și să afle cum se potrivesc toate. Acest lucru necesită colectarea probelor virale din infecții umane și compararea acelor secvențe genetice atât între ele, cât și cu alți viruși derivați de la animale.

Pentru a determina modul în care aceste probe virale sunt legate între ele, cercetătorii folosesc instrumente informatice pentru a construi arborele genealogic al virusului sau filogenie. Cercetătorii compară secvențele genetice ale fiecărei probe virale și construiesc relații prin alinierea și clasarea asemănărilor și diferențelor genetice.

Strămoșul direct al virusului, împărtășind cea mai mare similitudine genetică, ar putea fi considerat părintele său. Variantele care împărtășesc aceeași secvență părinte, dar cu suficiente modificări pentru a le face distincte unele de altele, sunt ca frații. În cazul SARS-CoV-2, Varianta sud-africană, B.1.351, și varianta britanică, B.1.1.7, sunt frați.

Construirea unui arbore genealogic este complicată de faptul că parametrii de analiză diferiți pot da rezultate diferite: Același set de secvențe genetice poate produce doi arbori genealogici foarte diferiți. Exemplu de doi arbori filogenetici diferiți construiți pentru aceleași secvențe genetice Secvențele nucleotidice a șase viruși fictivi sunt prezentate în partea de sus. Mai jos sunt doi arbori genealogici ai acestor viruși creați utilizând două programe diferite. Arborele din stânga folosește doar identitate procentuală, în timp ce arborele din dreapta ia în considerare, de asemenea, dacă cele două secvențe au caractere similare. Marilyn Roossinck, CC BY-ND

Pentru SARS-CoV-2, analiza filogenetică se dovedește deosebit de dificilă. Deşi zeci de mii de secvențe SARS-CoV-2 sunt acum disponibile, nu diferă suficient de mult între ele formează o imagine clară despre modul în care sunt legate între ele.

Dezbaterea actuală: gazdă sălbatică sau spillover de laborator?

SARS-CoV-2 ar fi putut fi eliberat dintr-un laborator de cercetare? Cu toate că dovezi actuale înseamnă că acest lucru nu este cazul, 18 virologi proeminenți au sugerat recent că această întrebare ar trebui să fie cercetat în continuare.

Deși au existat speculații cu privire la faptul că SARS-CoV-2 este proiectat într-un laborator, această posibilitate pare extrem de puțin probabilă. Când se compară secvența genetică a RaTG13 sălbatic cu SARS-CoV-2, diferențele sunt răspândite aleator pe genom. Într-un virus proiectat, ar exista blocuri clare de schimbări care reprezintă secvențe introduse dintr-o altă sursă virală.

[Obțineți cele mai bune povești despre știință, sănătate și tehnologie. Înscrieți-vă la newsletter-ul științific al Conversației.]

Există o secvență unică în genomul SARS-CoV-2 care codifică o parte din proteina spike care pare să joace un rol important în infectarea oamenilor. Interesant, o secvență similară se găsește în coronavirusul MERS care provoacă o boală similară cu COVID-19.

Deși nu este clar cum SARS-CoV-2 a dobândit aceste secvențe, evoluția virală sugerează că acestea au apărut din procese naturale. Viruși acumula modificări fie prin schimb genetic cu alți viruși și gazdele lor, fie prin greșeli aleatorii în timpul replicării. Viruși care câștigă o schimbare genetică care le dă o avantaj reproductiv ar continua să o transmită de obicei prin replicare. Faptul că MERS și SARS-CoV-2 împărtășesc o secvență similară în această parte a genomului sugerează că a evoluat în mod natural în ambele și s-a răspândit, deoarece le ajută să infecteze celulele umane.

De unde să mergi de aici?

Descoperirea originii SARS-CoV-2 ne-ar putea oferi indicii pentru a înțelege și a prezice viitoarele pandemii, dar s-ar putea să nu știm niciodată exact de unde a venit. Indiferent de modul în care SARS-CoV-2 a sărit în oameni, este aici acum și probabil este aici să rămână. În viitor, cercetătorii trebuie să monitorizeze în continuare răspândirea acesteia și să fie vaccinați cât mai mulți oameni.

Despre autor

Marilyn J. Roossinck, profesor de patologie a plantelor și microbiologie a mediului, Penn State
 
cărți_sănătate

Acest articol a apărut inițial pe Conversaţie

LIMBI DISPONIBILE

Engleză afrikaans Arabă Chineză (simplificată) Chineză (tradițională) daneză Olandeză Filipineză Finlandeză Franceză Germană Greacă ebraică hindi Maghiară Indoneziană Italiană Japonez Coreeană malaezian norvegiană persană Poloneză Portugheză Română Rusă Spaniolă Swahili Suedeză Thailandeză Turcă ucrainean urdu Vietnameză

urmează InnerSelf pe

facebook iconstare de nervozitate iconyoutube iconpictograma instagrampictogramă pintrestrss icon

 Obțineți cele mai recente prin e-mail

Revista săptămânală Inspirație zilnică

Atitudini noi - Noi posibilități

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | Piața InnerSelf
Drepturi de autor © 1985 - 2021 InnerSelf Publications. Toate drepturile rezervate.