Какпандемия Covid-19 нарушает жизнь миллиардов людей по всему миру, остаются два вопроса: откуда появился вирус и как он попал в организм человека?
Ученые были охотой на эти ответы , так как первые Clust х р о необычных случаях пневмонии появились в Китае в декабре 2019 г. Исследуя происхождение нового коронавируса является сложной задачей , которую можно сравнить со сборкой трудной головоломки с большинством своих частей отсутствует. Но составление карты распространения вируса имеет решающее значение для предотвращения новых эпидемий. Обнаружение происхождения вируса может научить ученых и руководителей, как избегать ситуаций, в которых вирусы с наибольшей вероятностью могут быть занесены в организм человека.
Первоначальные кусочки головоломки пандемии Covid-19 были собраны вместе, когда полногеномное секвенирование вируса показало, что он разделяет 79,5% своей РНК с SARS-CoV, коронавирусом, который был ответственен за вспышку SARS в 2003 году, и даже больше. похож (на 96,2% идентичен) другому коронавирусу под названием RaTG13, который ранее был обнаружен у летучей мыши. Это убедительно свидетельствует о том, что недавно идентифицированный SARS-CoV-2 также произошел от летучих мышей.
Некоторые из самых ранних случаев Covid-19 были связаны с местным рынком морепродуктов в городе Ухань, что, казалось, указывало на то, что именно на этом рынке вирус совершил свой прыжок от крылатых млекопитающих к людям. Но вскоре стало ясно, что не все ранние случаи можно проследить до рынка. Только 66% из первоначального 41 пациента подверглись воздействию этого места. Примечательно, что первый идентифицированный пациент (который не обязательно является первым, кто заразился этим заболеванием) не был на рынке.
Нулевой пациент: бесплодный поиск?
В тот момент, по мнению ученых, поиски самого первого человека, заболевшего Covid-19 - нулевого пациента пандемии - стали совершенно нереалистичными. Поскольку большинство людей, инфицированных Covid-19, страдали легкими симптомами или вообще не имели симптомов, вирус мог тихо циркулировать среди населения, прежде чем привлек внимание органов здравоохранения.
«Для этого есть окно. Вы можете искать его, когда у вас было очень мало случаев, путем поиска людей, обладающих иммунитетом к вирусу », - говорит Винит Д. Менакери, доктор философии, доцент кафедры микробиологии и иммунологии Медицинского отделения Техасского университета. Проблема в том, что сейчас миллионы людей во всем мире подверглись воздействию вируса, поэтому окно для такого рода отслеживания закрывается для пандемии Covid-19.
«Какими бы хорошими мы ни были как ученые, мы, возможно, никогда этого не найдем».
Это не значит, что ученые не пытаются. Один из единственных способов идентифицировать первую инфекцию на этом этапе - это поиск в старых образцах, предшествовавших пандемии. «Существуют биобанки для тканей, крови, мазков из носа… Я гарантирую, что там, где эти коллекции, люди ищут вирусы, подобные атипичной пневмонии», - говорит вирусолог Роберт Ф. Гарри, доктор философии, профессор микробиологии и иммунологии в Медицинской школе Тулейна. Он и его команда, например, изучают образцы крови, собранные в Западной Африке, где они изучают лихорадку Ласса и Эболу в течение 15 лет, чтобы попытаться найти антитела к новому коронавирусу, чтобы увидеть, мог ли он циркулировать. там до пандемии. «Пока не о чем сообщать».
Существуют обстоятельства, при которых обнаружение нулевого пациента возможно. Например, во время вспышки Эболы в Западной Африке в 2014 году ученые сообщили о том, что первым заразился человек - двухлетний ребенок, умерший от этой болезни в деревне в Гвинее. «Эбола - очень смертельное заболевание, - говорит Дэвид М. Моренс, доктор медицины, медицинский вирусолог и старший советник доктора Энтони Фаучи, директора Национального института аллергии и инфекционных заболеваний. «Если произойдет первое заражение Эболой, это, вероятно, будет серьезным заболеванием, и все в этой деревне узнают об этом».
Моренс говорит, что ученые не используют термин «нулевой пациент», потому что он дает людям ложное представление о том, что если бы ученые достаточно внимательно посмотрели, они бы нашли первый случай. «Независимо от того, насколько мы хороши как ученые, мы можем никогда этого не найти», - говорит он.
Отказ от возможности лабораторных манипуляций
Хотя нулевой пациент - неуловимый персонаж, ученые уже обнаружили другие важные факты о происхождении нового коронавируса, в частности, о его эволюционной истории, добавив новые кусочки в головоломку.
Гарри был одним из авторов раннего сообщения о проксимальном происхождении SARS-CoV-2. «Наша группа потратила довольно много времени на эти исходные последовательности генома, сравнивая их с другими вирусами», - говорит он. Команда исследователей специально изучила спайковый белок нового коронавируса, большой белок, который выступает с поверхности вируса, придавая ему вид короны (или «короны» на латыни).
Путем анализа последовательности шипа, соответствующего рецептор-связывающему домену - части шипа, которая связывается с инфицированными клетками - стало очевидно, что вирус связывается с рецептором (белком, который работает как замочная скважина, которую вирус открывает доступ внутрь клеток), называемый ACE2, присутствующий в различных клетках человеческого тела, особенно в дыхательных путях.
Это была одна из первых научных статей, в которых утверждалось, что вирус не мог быть создан в лаборатории, а явился явным результатом естественного отбора. На самом деле, ученые, работающие в этой области, считают, что теории, утверждающие, что вирус возник в результате лабораторных манипуляций, глупы. «Зачем вам тратить миллионы долларов и месяцы работы на то, чтобы команда ученых создала что-то, что можно было бы просто пойти в пещеру и получить от летучей мыши?» - спрашивает Моренс.
Хотя нулевой пациент - неуловимый персонаж, ученые уже обнаружили другие важные факты о происхождении нового коронавируса.
Когда Гарри и его коллеги анализировали геном SARS-CoV-2, появились последовательности коронавирусов, обнаруженных у панголинов, чешуекрытого млекопитающего, напоминающего броненосца. «Вирусы панголина интересны тем, что их рецептор-связывающий домен очень похож на SARS-CoV-2». Это привело к первоначальному предположению, что панголин мог заразиться SARS-CoV-2 от летучих мышей, а затем передать его людям, выступая в качестве промежуточного хозяина. Но, что интересно, остальная часть генома не так похожа. Гарри, который держит в своем офисе маленькую модель панголина, которая однажды появилась в его почтовом ящике без обратного адреса, говорит, что, вероятно, безопасно освободить чешуйчатого муравьеда от ответственности за пандемию.
Учет рекомбинации
После того, как в январе 2020 года китайские ученые выпустили первые последовательности генома SARS-CoV-2, группа исследователей из Бельгии, Шотландии, Китая, Техаса и Пенсильвании объединилась на веб-сайте под названием Virological , где они публиковали свои собственные анализы данные. «Это было самое быстрое международное сотрудничество, над которым я когда-либо работал», - говорит Мацей Ф. Бони, доктор философии, доцент кафедры биологии Пенсильванского государственного университета.
Анализируя последовательность SARS-CoV-2 и сравнивая ее с другими подобными вирусами, чтобы выяснить происхождение пандемии, эта группа внимательно учла тот факт, что коронавирусы особенно хорошо подходят для рекомбинации, то есть когда геном вируса распадается и рекомбинирует с другие вирусы, чтобы сформировать совершенно новый вирус.
«Коронавирусы, по сути, постоянно рекомбинируют», - говорит Дэвид Л. Робертсон, доктор философии, один из ученых, участвующих в этом сотрудничестве, профессор вычислительной вирусологии и руководитель отдела биоинформатики Центра вирусных исследований MRC Университета Глазго.
Он объясняет, как выглядит процесс рекомбинации: например, когда летучие мыши заражены разными вирусами, эти разные вирусы потенциально могут в конечном итоге реплицироваться в одной и той же клетке. Затем вирусный геном превращается в смешанную версию этих разных вирусов. «Проблема в том, что это мешает вам взглянуть на эволюционную историю вируса», - говорит Робертсон.
Определить, откуда взялась часть вирусного генома, нелегко. По словам Бони, ученые взяли последовательности генома из разных вирусов одного и того же подрода SARS-CoV-2, названные сарбековирусами, и прошли через все, пытаясь воссоздать все возможные эволюционные истории, в которых вирусы смешиваются и сопоставляются с разными частями генома. «Это очень интенсивно с точки зрения вычислений и требует множества вычислительных приемов», - резюмирует Бони. Они также рассчитывают скорость эволюции вируса, то есть количество мутаций, происходящих в год. Это позволяет им определить момент времени, когда у двух вирусов был общий предок.
Используя эти методы, Бони, Робертсон и их коллеги смогли понять взаимосвязь между новым коронавирусом и его ближайшими известными родственниками: RaTG13 (вышеупомянутый вирус летучих мышей, образец которого был взят в 2013 году) и парой вирусов панголина, образцы которых были взяты в 2017 и 2019 годах - те, чей рецептор-связывающий домен почти идентичен SARS-CoV-2.
Анализ показал , что , несмотря на генетическую близость, RaTG13 и SARS-CoV-2 дробить довольно долгое время назад, возможно , в 1969 г. Он также предположил , что объяснение подобного вируса ящер рецептор-связывающим доменом является то , что эта характеристика присутствует в общие предки всех этих родственных вирусов у летучих мышей, но он потерялся в линии, ведущей к RaTG13 из-за рекомбинации.
Одним из важных выводов этого исследования является то, что вирус, вероятно, развился у летучих мышей, где вирус развил способность заражать людей, а также других животных, таких как панголин. «Вирус не адаптирован специально для человека. Он в некотором роде универсален, поэтому он может использовать другие виды, - говорит Робертсон.
Это означает, что SARS-CoV-2 не должен был развиваться у людей в течение длительного времени, чтобы получить свои текущие инфицирующие способности, что указывает на то, что его прыжок в людей произошел незадолго до вспышки в Ухани. «Мы не можем быть уверены, что у людей этого давно не было, но, учитывая, насколько успешно это было, я думаю, мы бы знали об этом».
Другая группа ученых пришла к очень похожим выводам, также приняв во внимание склонность вируса к рекомбинации. Команда под руководством Расмуса Нильсена, доктора философии, профессора кафедры интегративной биологии Калифорнийского университета в Беркли, пришла к выводу, что коронавирусы летучих мышей RATG13 и RmYN02 (еще один недавно обнаруженный вирус, который генетически близок к SARS-CoV-2) разделились. от SARS-CoV-2 примерно 52 и 37 лет назад соответственно. «Для вирусов на самом деле это довольно долгий срок, поскольку они могут сильно измениться за это время», - говорит Нильсен.
Он отмечает, что не знает, что произошло за 40-50 лет с тех пор, как эти вирусы отделились от SARS-CoV-2, и недостающее звено между этими родственными коронавирусами, обнаруженными у летучих мышей, и новым коронавирусом, заражающим людей, остается загадкой. Самым простым объяснением данных является то, что вирус перешел от летучих мышей к человеку, но неизвестно, когда и как это произошло. Образцы подобных вирусов были обнаружены в пещерах, географически удаленных от Ухани. Путешествовал ли в Ухань человек, инфицированный летучими мышами - возможно, через контакт с жидкостями их тела , такими как слюна, моча или фекалии? Привозили ли зараженную летучую мышь (или другое животное, заразившееся вирусом от летучих мышей) на рынки живых животных в этом регионе? Пока это вопросы без ответа.
В идеальном мире ученые могли бы идентифицировать вирусы, вызывающие пандемию, еще до их появления.
Чтобы копнуть глубже, требуется больше данных
Как и другие исследователи, изучающие происхождение SARS-CoV-2, Нильсен считает, что ученые сделали все возможное, чтобы отследить происхождение вируса с помощью имеющихся в настоящее время данных.
«Есть только один способ получить ответы на эти вопросы сейчас. Это для того, чтобы выйти и попробовать больше, предположительно в Китае, особенно в Ухане и Юньнани, провинции, где были обнаружены летучие мыши, несущие наиболее родственные вирусы », - говорит он. Если ученые смогут найти вирусные последовательности, которые более тесно связаны с SARS-CoV-2, они могут предоставить больше информации.
Одним из величайших специалистов в этой области является вирусолог Ши Чжэнли, доктор философии, директор Центра новых инфекционных заболеваний Института вирусологии Ухани. Последние 16 лет она проводила экспедиции по поиску вирусов в пещеры летучих мышей в Китае, за что получила прозвище « женщина-летучая мышь ».
С момента появления нового коронавируса Ши и ее коллеги собирали образцы у различных животных в разных местах, включая рынок морепродуктов в Ухане и фермы в регионе, сказала она Science в июле. По словам Ши, многие группы в Китае проводят подобные исследования и публикуют их результаты. «Мы отслеживаем происхождение вируса в разных направлениях и с помощью различных подходов», - сказала она Science .
Хотя Китай обвиняли в отсутствии прозрачности данных о коронавирусе, ученые, опрошенные для этой статьи, не верят, что страна систематически утаивает информацию от международного научного сообщества - по крайней мере, в первые месяцы эпидемии этого не было. . «В январе и феврале китайское общественное здравоохранение и вирусологи очень охотно предоставили все свои данные, - говорит Бони. «С марта все немного изменилось. И это все из-за политики ».
В идеальном мире ученые могли бы идентифицировать вирусы, вызывающие пандемию, еще до их появления. Хотя решение загадки происхождения SARS-CoV-2 может занять много времени, ученые уже работают над поиском следующих вирусов, которые могут проникнуть в людей. Для Menachery и его команды это означает определение ключевых элементов, позволяющих вирусу успешно заражать людей. Обладая этими знаниями, можно будет искать вирусы с такими характеристиками в дикой природе и принимать необходимые меры предосторожности, чтобы держать их подальше от населения.
Menachery годами изучает потенциальное появление коронавирусов. Еще в 2015 году он и его коллеги опубликовали статью о риске появления у людей коронавируса летучих мышей, циркулирующего в Китае. Звучит знакомо? Он считает, что в ближайшие несколько лет интерес к более широким исследованиям коронавируса возрастет, но предупреждает, что важно изучать науку и о других вирусах, чтобы подготовиться к тому, что может произойти дальше.
«Надеюсь, теперь общество будет больше вкладывать средства в изучение этих вопросов», - говорит он. «Но людям также легко забыть и перейти к следующему делу».