Koronaviruksen eläinperäinen lähde edelleen tutkijoiden ulottumattomissa

Kun yhä useammat maat vaativat riippumatonta tutkimusta COVID-19-pandemian alkuperästä, monet tiedemiehet eri puolilla maailmaa yrittävät jo selvittää, milloin, missä ja miten uusi koronavirus joutui ihmisiin.

Lähteen löytäminen on tärkeää uusien tartuntojen estämiseksi, mutta tutkijoiden tutkimukset – joihin kuuluu mallintamista, solututkimuksia ja eläinkokeita – paljastavat, kuinka hankalaa lähteen paikantaminen voi olla.

”On hyvin mahdollista, ettemme löydä sitä. Itse asiassa olisi poikkeuksellisen onnekasta, jos törmäämme johonkin”, sanoo Lucy van Dorp, geneetikko University College Londonista (UCL).

On vahvaa näyttöä siitä, että virus on peräisin lepakoista. Suurin mysteeri on edelleen se, miten se pääsi lepakoista ihmisiin. Tutkijat uskovat ylivoimaisesti, että kyseessä on luonnonvarainen virus, joka on luultavasti siirtynyt ihmisiin jonkin välimuotoisen lajin kautta. Kukaan ei kuitenkaan ole vielä löytänyt virusta luonnosta, joten muita selityksiä ei voida sulkea kokonaan pois.

Yhdysvaltain presidentti Donald Trump on ruokkinut vihjeitä siitä, että virus olisi saattanut vuotaa Wuhanissa sijaitsevasta laboratoriosta, jossa taudinpurkaus alkoi. Tästä väitteestä ei ole todisteita.

Muut maailman johtajat ovat silti vaatineet tutkimuksia taudinpurkauksen alkuperästä. Euroopan unioni ja kymmenet valtiot tukevat ehdotusta, joka on toimitettu Maailman terveysjärjestön tärkeimmälle päätöksentekoelimelle, Maailman terveyskokoukselle, joka pitää tänään ja huomenna virtuaalikokouksen jäsenvaltioiden kanssa. Ehdotuksessa kehotetaan ”tieteellisiin ja yhteistyöhön perustuviin kenttätutkimustehtäviin”, joiden tarkoituksena on ”tunnistaa viruksen zoonoosilähde ja reitti, jonka kautta virus on kulkeutunut ihmisväestöön, mukaan lukien väli-isäntien mahdollinen rooli”.

Ainut tapa sanoa varmuudella, mistä eläimestä virus on peräisin, on löytää se kyseisestä eläinlajista luonnosta, sanoo McMasterin yliopistossa Hamiltonin tasavallassa Ontariossa työskentelevä koronavirustutkija Arinjay Banerjee. ”Muut lähestymistavat antavat vain anekdoottisia todisteita”, hän sanoo.

Mutta kun otetaan huomioon, että virus on levinnyt niin laajalti ihmisten keskuudessa, edes viruksen havaitseminen eläimistä ei välttämättä vahvista niiden roolia väli-isäntinä, sillä ne ovat voineet saada tartunnan ihmisiltä, sanoo virusten evoluutiota Wuhanin biotekniikan yliopistossa tutkiva Li Xingguang. ”Tilanne on nyt hyvin monimutkainen.”

Lepakon alkuperä

Tutkijat alkoivat ensin tutkia viruksen genomia nähdäkseen, voisivatko he verrata sitä muissa eläimissä esiintyviin taudinaiheuttajiin. Tammikuun lopulla, muutama viikko sen jälkeen, kun tutkijat olivat sekvensoineet SARS-CoV-2:n genomin, Wuhanin virologian instituutin tutkijat julkaisivat verkossa koko sen koronaviruksen sekvenssin, jota oli säilytetty heidän laboratoriossaan sen jälkeen, kun se löydettiin Yunnanin maakunnassa sijaitsevista välihevoslepakoista (Rhinolophus affinis) vuonna 2013. Kyseinen genomi, nimeltään RATG13, oli 96-prosenttisesti identtinen SARS-CoV-2:n kanssa, mikä tekee siitä lähimmän tunnetun sukulaisen ja viittaa vahvasti siihen, että uusi virus on peräisin lepakoista.

Laskentabiologi Francois Balloux ja hänen UCL:n ryhmänsä, johon kuuluu myös kollega van Dorp, sekä muut ryhmät tutkivat eläinten genomitietokantoja etsien vielä lähempänä toisiaan olevia koronaviruksia.

Vaikka SARS-CoV-2:n ja RATG13:n genomien välinen 4 prosentin ero vastaa vielä noin 50 vuotta siitä, kun niillä viimeksi oli yhteinen esi-isä, van Dorp sanoo. Ero on jälleen yksi todiste, joka viittaa siihen, että SARS-CoV-2 on voinut siirtyä ihmisiin välittäjälajin kautta.

Väli-isäntä

Pangoliinit olivat ensimmäisiä eläimiä, joita epäiltiin väli-isännäksi. Kaksi Kiinassa toimivaa tutkimusryhmää ilmoitti löytäneensä yhtäläisyyksiä SARS-CoV-2:n ja takavarikoitujen malesialaisten pangoliinien (Manis javanica) kudoksesta eristettyjen koronavirusten välillä. Pangoliinikauppa on Kiinassa laitonta.

Pangoliinien koronavirukset osoittautuivat liian kaukaisiksi ollakseen SARS-CoV-2:n suoria esivanhempia, mutta se, että ne ovat lepakoiden lisäksi toistaiseksi ainoat luonnonvaraiset nisäkkäät, joiden tiedetään elävän SARS-CoV-2:n kanssa samankaltaisten koronavirusten parissa, viittaa siihen, että niitä ei voi sulkea pois väli-isäntänä.

Tutkijat etsivät samanlaisia koronaviruksia myös muista eläimistä. SARS-CoV-2:n esi-isä saattaa lymyillä laboratoriossa säilytettävissä kudosnäytteissä, sanoo Aaron Irving, tartuntatautien tutkija Duke-NUS Medical Schoolissa Singaporessa. ”Monilla laboratorioilla on näytteitä pakastimissaan”, hän sanoo.

Irving aikoo tehdä yhteistyötä Kiinan tiedeakatemian (CAS) Xishuangbannan trooppisen kasvitieteellisen puutarhan tutkijoiden kanssa Yunnanissa testatakseen luonnonvaraisten nisäkkäiden kudosnäytteitä, jotka on kerätty luonnonvaraisten eläinten valvontaohjelmiin, sellaisten koronavirusten varalta, jotka saattavat olla läheisessä sukulaisuussuhteessa SARS-Covirukseen 2. Hän on myös aloittamassa uutta laboratoriota Zhejiangin yliopiston ja Edinburghin yliopiston instituutissa Hainingissa, ja hän aikoo etsiä koronaviruksia lepakoista, puusirkuista, sivileteistä ja muista nisäkkäistä, jos se on sallittua. Helmikuussa Kiina kuitenkin kielsi luonnonvaraisten eläinten tarhat, ja monet joutuvat kamppailemaan pitääkseen sivilettinsä hengissä, hän sanoo. ”Saattaa olla liian myöhäistä, kun pääsen kentälle”, Irving sanoo.”

Genomin johtolankoja

SARS-CoV-2:n genomin tutkiminen voisi paljastaa vihjeitä myös mahdollisista väli-isännistä. Ajan myötä virukset alkavat usein koodata proteiinejaan käyttäen samanlaisia nukleotidikuvioita kuin isäntänsä, mikä auttaa virusta sopeutumaan uuteen ympäristöönsä. UCL:n tutkijat käyttävät koneoppimista erittelemään SARS-CoV-2:n geneettisen koodin kuvioita, jotka voisivat ennustaa, mihin eläimiin se on mahdollisesti sopeutunut.

Muut tutkijat kehottavat kuitenkin varovaisuuteen tämän lähestymistavan suhteen. Pandemian alkuvaiheessa Pekingin yliopiston terveystieteiden keskuksen tutkijat havaitsivat samankaltaisuuksia SARS-CoV-2:n ja kahden käärmelajin suosimien proteiinikoodausmallien välillä. Teorian, jonka mukaan käärme voisi olla väli-isäntä, kumosivat nopeasti muut tutkijat, jotka totesivat, että otoksen pieni koko ja rajallinen aineisto merkitsivät sitä, että havaitut mallit johtuivat todennäköisesti sattumasta.

Viruksen kasvattaminen eläinsoluissa on yksi tapa testata, onko taudinaiheuttaja sopeutunut uuteen isäntään. Pekingissä sijaitsevan CAS-mikrobiologian instituutin mikrobiologi Shi Yi suunnittelee RATG13:n inaktivoidun version istuttamista erilaisiin eläimiin, kuten lepakoihin, kissa-apinoihin ja sikoihin, ja aikoo nähdä, kehittyykö virukselle ajan mittaan samanlainen mutaatiokuvio kuin SARS-CoV-2:lle. Jos samankaltaisuuksia ilmenee, se voisi paljastaa, mihin eläimiin virus sopeutui ennen kuin se siirtyi ihmisiin.

Epäiltyjen luettelo

Mahdollisten välivaiheen lähteiden rajaamiseksi voidaan myös määrittää, mihin eläimiin SARS-CoV-2 voi tarttua. ”Tieto eri lajien herkkyydestä ja mahdollisista eläinten välisistä tartuntareiteistä voisi antaa meille vihjeitä siitä, mikä on todennäköinen ehdokasisäntä tai väli-isäntä Kiinassa”, sanoo Bart Haagmans, virologi Erasmus MC:ssä Rotterdamissa.

Tämänhetkiset tutkimukset viittaavat siihen, että monet lajit voivat saada tartunnan. Laboratoriokokeissa on osoitettu, että kissat, hedelmälepakot (Rousettus aegyptiacus), fretit, rhesusmakakit ja hamsterit ovat alttiita SARS-CoV-2:lle. Laboratorion ulkopuolella eläimet, kuten lemmikkikissat ja -koirat, eläintarhojen tiikerit ja leijonat sekä tarhatut minkit ovat myös saaneet viruksen – luultavasti ihmisiltä.

Tutkijat käyttävät myös laskennallisia malleja ja solubiologiaa tutkiakseen eläinten alttiutta. SARS-CoV-2 kulkeutuu tyypillisesti soluihin ACE2-nimisen reseptoriproteiinin kautta. Eräässä tarkistamattomassa tutkimuksessa1 , jota johti UCL:n bioinformaatikko Christine Orengo, mallinnettiin ACE2:n rakennetta yli 215 selkärankaisesta eläimestä ja havaittiin, että monien nisäkkäiden, kuten lampaiden, simpanssien ja gorillojen, reseptori kytkeytyy hyvin viruksen pinnalla olevaan piikkivalkuaisproteiiniin, mikä antaa viitteitä siitä, että nämä eläimet saattaisivat olla alttiita tartunnalle.

Mutta mallintaminen ei aina korreloi kokeellisen näytön kanssa. Esimerkiksi Orengon mallinnus viittaa siihen, että hevosenkenkälepakoilla on alhainen tartuntariski huolimatta laboratorionäytteistä, joiden mukaan ne voivat saada tartunnan. Toinen ryhmä, jota johtaa Hongkongin yliopiston mikrobiologi Yuen Kwok-yung, on havainnut2 , että virus lisääntyy hyvin pienissä organoideissa, jotka on kasvatettu kiinanhevoslepakoiden (R. sinicus) suoliston kantasoluista.

On hyödyllistä tietää, mitkä eläimet ovat alttiita, jotta voidaan hallita riskiä, että niistä voi tulla virusreservoareja ja mahdollisia tartuntalähteitä ihmisille, sanoo Michelle Baker, vertaileva immunologi Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisationissa Geelongissa Australiassa. Mutta kun syyllistä yritetään karsia, vaikuttaa järkevältä keskittyä niihin eläimiin, jotka ovat läheisessä kosketuksessa lepakoiden kanssa, hän sanoo.

Kiinassa sijaitsevien villieläintilojen eläimet ovat yksi ensimmäisistä paikoista, joihin kannattaa tutustua, sanoo Peter Daszak, joka on voittoa tavoittelemattoman EcoHealth Alliance -järjestön puheenjohtaja New Yorkissa. Maatiloilla on monia vankeudessa kasvatettuja eläimiä, sivileteistä pesukarhukoiriin ja coypuihin, suuriin jyrsijöihin, jotka usein elävät lähellä karjaa, kuten sikoja, kanoja ja ankkoja. ”Nämä tilat ovat yleensä avoimia lepakoille, jotka ruokailevat öisin karsinoiden yläpuolella ja joista osa lepää rakennuksissa. Ne ovat yleensä myös yhteydessä ihmisten taloihin, joten kokonaiset perheet voivat altistua niille”, sanoo Daszak, joka on vieraillut monissa kylissä, villieläinten markkinoilla, lepakkoluolissa ja maatiloilla Etelä-Kiinassa viimeisten 15 vuoden aikana.

”Näiden virusten leviämismahdollisuudet hyvin aktiivisella villieläinten, karjan ja ihmisen rajapinnalla ovat selvät ja ilmeiset”, hän sanoo.