Wirusologiczni detektywi i pochodzenie SARS-CoV-2

Komisja WHO nadal próbuje zanalizować i opisać to, co od października, listopada 2019 r. działo się w Wuhan, w mieście, i w Instytucie Wirusologii. Prominentny hamburski nanofizyk analizuje doniesienia prasowe i plotki na temat pochodzenia koronawirusa „z laboratoroium” i domaga się debaty. Tymczasem skromni uczeni z Glasgow i Filadelfii po prostu próbują zanalizować kompetentnie sekwencje materiału genetycznego SARS-CoV-2. Kto ma największą szansę być najbliżej prawdy?

KORONAWIRUS – RAPORT

Prof. Rolandem Weisendangerem, nanofizykiem z Uniwersytetu w Hamburgu, który, jak się dziś okazuje, rękami swoich doktorantów dokonał „analizy doniesień prasowych”, by wysnuć z nich wniosek, że wirusa SARS-CoV-2 „stworzono w laboratorium”, nie będę się dalej zajmować. Jako że jest dziś, po dwóch tygodniach, jasne, że to był humbug. Szkoda czasu na głupstwa, choćby ich autorem był wielki uczony. Co zaś ostatecznie przyniesie raport WHO z Wuhan jeszcze nie wiemy.

Natomiast w kwestii pochodzenia wirusa SARS-CoV-2 analizowanej poważnie i naukowymi metodami, jak to ujmuje nowa polszczyzna, dzieje się. Tu zatem warto się skupić. Historia ewolucji organizmów żywych zapisana jest w sekwencji ich genomu – tenże zbudowany jest z DNA. Choć wirusy nie są organizmami żywymi, tylko cząsteczkami zakaźnymi, też da się w ten sposób analizować ich ewolucję, bo ich składnikami są m.in. kwasy nukleinowe, DNA lub RNA.

Z czego wynika ewolucja

Ewolucja, która odciska swój ślad w materiale genetycznym, wynika z tego, że w sposób zupełnie przypadkowy podczas powielania owego materiału (tzw. replikacji), dochodzi do mutacji. Pojawia się zatem zmienność sekwencji DNA lub RNA w populacji.

Teraz pojawia się drugi nieodzowny element: dobór. Może być pozytywny (forować coś wyjątkowo korzystnego dla posiadania „większej liczby płodnego potomstwa”) albo negatywny (usuwać z populacji powstałe przypadkowo mutacje szkodliwe w danych warunkach).

Część mutacji nie będzie ani korzystna, ani niekorzystna – są neutralne. Część nie będzie nawet „widoczna” w funkcjonowaniu organizmu – to tzw. mutacje milczące, gdzie sekwencja genomu się zmienia, ale białka powstające na jego matrycy są dokładnie takie same.

Z tych, wydawałoby się, prostych zasad ewolucji molekularnej w ujęciu darwinowskim wynikają liczne i rozmaite konsekwencje. M.in. te, że da się ustalić metodą pewnych modelowań opartych np. o regresję, kiedy dane zmiany genetyczne powstały, czy w istocie są częste, w jakim kierunku szła w danym przypadku presja selekcyjna etc.

Presja selekcyjna

Ważne jest też, by zrozumieć, że owa presja selekcyjna to w istocie elementy działającego środowiska. Dla pasożyta zaś – wszystkie wirusy to pasożyty – jego środowiskiem jest żywiciel. Także ewolucja pasożyta sprzęga się z ewolucją żywiciela i wzajemnie stanowią oni dla siebie nacisk, są źródłem selekcji.

Przeczytaj też: Naukowcy odkryli genetyczne predyspozycje do ciężkiego przebiegu COVID-19

Wirusy jak i inne pasożyty, nie są na ogół wszechzakaźne. Właśnie dlatego, że konkretna ewolucyjna historia dostosowała pasożyta do funkcjonowania ostatecznie w tym, a nie innym gospodarzu. Czasami pasożyt (tak bywa u wielu wirusów czy robaków płaskich, jak tasiemce i przywry, a także np. u malarii i innych jednokomórkowców chorobotwórczych) dostosowuje się do dwóch gospodarzy – żywiciela pośredniego i ostatecznego. Wynika to z prostej zasady biologicznej, ujętej niezmiernie trafnie w reklamach środków piorących, że jak coś jest do wszystkiego, to jest do niczego.

Jednak zmiany mutacyjne z zasady poprzedzają selekcję. Ewolucja działa na ślepo w swym etapie „przygotowania materiału” dla doboru i dopóki jakieś zmiany nie są ewidentnie szkodliwe dla życia lub wydania potomstwa, będą sobie trwać. 

Przyszłość pokaże, czy ich stopniowa akumulacja nie przyda się na coś. Takim „czymś” może być dla wirusów rozszerzenie kręgu żywicieli lub całkowita zmiana żywiciela.

Jak można badać i modelować ewolucję nieznanych, nowych dla populacji ludzkiej wirusów jak SARS-CoV-2? Uczeni z Centrum Badań nad Wirusami z MRC- University of Glasgow i Instytutu Genomiki i medycyny Ewolucyjnej z Temple University w Filadelfii (USA), pod kierunkiem Sergeia L. Kosakovskyego Pond i Davida L. Robertsona zaproponowali w swej niedawnej publikacji na łamach „PLOS Biology”, by zrobić to w oparciu o znane modele tego typu zjawisk w wirusie HIV.

Przy całej ostrożności i świadomości, że koronawirusy są wirusami RNA innymi w swej naturze funkcjonowania w ludzkich komórkach niż retrowirusy, do których należy HIV.

Jak piszą w swej publikacji na łamach „PLOS Biology” sami uczeni: „Zmiany gospodarza wirusa są generalnie związane z nowymi adaptacjami w celu optymalnego wykorzystania komórek nowego gatunku żywiciela. Co zaskakujące, SARS-CoV-2 powodujący COVID-19 najwyraźniej wymagał niewielkiej lub żadnej istotnej adaptacji do »przeskoczenia« na ludzi od początku pandemii do października 2020 r.”

Rodzaje selekcji naturalnej

Aby dojść do takiego wniosku uczeni zanalizowali rodzaje selekcji naturalnej i zmiany genomowe koronawirusów z grupy sarbekowirusów obecnych w całej grupie nietoperzy podkowcowatych (z których koronawirusy wyszły, gdyż to ich podstawowy żywiciel) oraz te zmiany genetyczne, które sam SARS-CoV-2 przeszedł w ramach rozprzestrzeniania się pomiędzy ludźmi.

Według przeprowadzonych analiz pozytywna selekcja SARS-CoV-2 u ludzi była ograniczona do wczesnej fazy pandemii, zaś tzw. selekcja „oczyszczająca” (ze swej natury negatywna) jest tu znacznie słabsza niż w przypadku tych wirusów, które trwają w swoich „macierzystych” nietoperzach i tam muszą ewoluować.

Najbliższy dotąd znaleziony kuzyn SARS-CoV-2, wirus od nietoperzy RmYN02 (mają wspólnego przodka około 1976 r.), jest naturalnym rekombinantem. Co to znaczy? Że dwa różne koronawirusy znalazły się w jednym nietoperzu i wymieniły się fragmentami materiału genetycznego. To się zdarza – tak powstają np. „mieszańce” grypy ptasiej i świńskiej, tak groźne dla populacji ludzkiej.

Ta koinfekcja mogła zajść wyłącznie w nietoperzach, żadne inne „zwierzę pośrednie” nie było potrzebne. Zakaźność SARS-CoV-2 tak dla kotowatych jak dla licznych łasicowatych (norki) wskazuje, że nie można wykluczyć nieodkrytego „ułatwiającego” gatunku pośredniego. Jednak dane molekularne zostały zanalizowane za pomocą narzędzia informatycznego stworzonego przez zespół Prof. Ponda, nazwanego HyPhy.

Zobacz też: Epidemiolog przestrzega: Norki są bardzo podatne na SARS-CoV2

Wykrywa ono „sygnatury ewolucji” osadzone w genomach wirusa i opiera się na dziesięcioleciach teoretycznej wiedzy na temat molekularnych procesów ewolucyjnych. Ta właśnie analiza znalazła wyraźne dowody koinfekcji i ewolucji tej grupy koronawirusów u nietoperzy bez udziału innych gatunków.

Wyniki te potwierdzają, że przodek SARS-CoV-2 stał się zdolny do wydajnego przenoszenia się między człowiekiem a człowiekiem u nietoperzy, a nie ludzi. Jaki dziś jest, to konsekwencja jego adaptacyjnej historii ewolucyjnej, przebiegającej głównie w nietoperzach zatem.

To, co nie przeszkadzało nietoperzom (i wirusowi, by w nich wystarczająco wydajnie trwać), dla nas okazuje się nie do opanowania i zbyt często zabójcze. Jedynym wyjściem teraz – bo wirus swej ewolucji nie zatrzymał i teraz nie odbywa się ona w nietoperzach, gdzie siedział w swoich bezpośrednich przodkach przez dekady, ale w populacji ludzkiej – jest jak najszybsze uodpronienie przeciw chorobie COVID-19. A najbezpieczniejszą do tego drogą są szczepienia.

Przeczytaj także: „Kolejnej fali COVID-19 nie będzie, jeśli…” – wirusolog mówi o dwóch warunkach

To czas sprawia, że mogą się okazać pożyteczne w przyszłości. A selekcja bywa tak negatywna, jak i pozytywna. W przypadku naszej walki z SARS-CoV-2, który sam z siebie nie jest szybko mutującym wirusem, ale dziś mutuje w milionach osób jednocześnie, to jest niewesoła informacja.

Jak w „Alicji po drugiej stronie lustra” Lewisa Carolla, Czerwona Królowa i Alicja muszą szarpiąc się za ręce bardzo szybko razem biec, aby w ogóle stać w miejscu. Wirus biegnie, czyli w tym wypadku namnaża się (tworząc nowe generacje cząstek zakaźnych) miliony razy wydajniej, niż człowiek.

#koronawirus #wuhan #sars-cov-2 #covid-19