Zwierzęce źródło koronawirusa nadal wymyka się naukowcom

Podczas gdy rosnąca liczba krajów naciska na przeprowadzenie niezależnego dochodzenia w sprawie pochodzenia pandemii COVID-19, wielu naukowców na całym świecie już teraz próbuje odkryć kiedy, gdzie i w jaki sposób nowy koronawirus przedostał się do ludzi.

Znalezienie źródła jest ważne dla zapobiegania dalszym reinfekcjom, ale badania naukowców – które obejmują modelowanie, badania komórkowe i eksperymenty na zwierzętach – ujawniają, jak trudne może być wskazanie źródła.

„Jest całkiem możliwe, że go nie znajdziemy. W rzeczywistości byłoby to wyjątkowe szczęście, gdybyśmy na coś trafili” – mówi Lucy van Dorp, genetyk z University College London (UCL).

Istnieją mocne dowody na to, że wirus pochodzi od nietoperzy. Największą zagadką pozostaje to, w jaki sposób przedostał się z nietoperzy do ludzi. Naukowcy w przeważającej większości uważają, że jest to dziki wirus, który prawdopodobnie przeszedł na ludzi przez gatunek pośredni. Ale nikt jeszcze nie znalazł wirusa w środowisku naturalnym, więc nie można całkowicie wykluczyć innych wyjaśnień.

Prezydent USA Donald Trump podsycił sugestie, że wirus mógł wyciec z laboratorium w Wuhan, gdzie rozpoczęła się epidemia. Nie ma żadnych dowodów na to twierdzenie.

Wciąż inni światowi przywódcy wezwali do przeprowadzenia dochodzeń w sprawie pochodzenia epidemii. Unia Europejska i dziesiątki narodów popierają projekt propozycji przedłożonej Światowemu Zgromadzeniu Zdrowia, kluczowemu organowi decyzyjnemu Światowej Organizacji Zdrowia, która dziś i jutro odbywa wirtualne spotkanie z państwami członkowskimi. Wniosek wzywa do „misji naukowych i współpracy w terenie” w celu „zidentyfikowania odzwierzęcego źródła wirusa i drogi wprowadzenia do populacji ludzkiej, w tym możliwej roli żywicieli pośrednich”.

Jedynym sposobem, aby powiedzieć z całą pewnością, od którego zwierzęcia pochodzi wirus, jest znalezienie go u tego gatunku w środowisku naturalnym, mówi Arinjay Banerjee, badacz koronawirusów na Uniwersytecie McMaster w Hamilton, Ontario. „Inne podejścia dadzą ci tylko niepotwierdzone dowody”, mówi.

Ale biorąc pod uwagę, że wirus rozprzestrzenił się tak szeroko wśród ludzi, nawet wykrycie wirusa u zwierząt niekoniecznie potwierdzi ich rolę jako żywicieli pośrednich, ponieważ mogły one zostać zainfekowane przez ludzi, mówi Li Xingguang, który bada ewolucję wirusów na Uniwersytecie Bioinżynierii w Wuhan. „Sytuacja jest teraz bardzo złożona.”

pochodzenie od nietoperzy

Badacze’ najpierw zaczęli przyglądać się genomowi wirusa, aby sprawdzić, czy mogą go dopasować do patogenów znalezionych u innych zwierząt. Pod koniec stycznia, kilka tygodni po tym, jak badacze zsekwencjonowali genom SARS-CoV-2, naukowcy z Wuhan Institute of Virology zamieścili w Internecie całą sekwencję koronawirusa, który był przechowywany w ich laboratorium od czasu odkrycia go u podkowca pośredniego (Rhinolophus affinis) w prowincji Yunnan w 2013 roku. Genom ten, nazwany RATG13, był w 96% identyczny z SARS-CoV-2, co czyni go najbliższym znanym krewnym i silnie sugeruje, że nowy wirus pochodzi od nietoperzy.

Biolog komputerowy Francois Balloux i jego zespół z UCL, w tym kolega van Dorp, oraz inne zespoły przeszukują genomowe bazy danych zwierząt w poszukiwaniu koronawirusów, które jeszcze bardziej pasują do siebie.

Ale 4% różnica między genomami SARS-CoV-2 i RATG13 nadal reprezentuje około 50 lat od czasu, gdy ostatnio dzieliły one wspólnego przodka, mówi van Dorp. Rozbieżność jest kolejnym dowodem sugerującym, że SARS-CoV-2 mógł przejść na ludzi przez gatunek pośredni.

Odżywiciel pośredni

Pangoliny były jednymi z pierwszych zwierząt podejrzewanych o bycie gatunkiem pośrednim. Dwa zespoły w Chinach zgłosiły, że znalazły podobieństwa między SARS-CoV-2 i koronawirusami wyizolowanymi z tkanki pangolin malajskich (Manis javanica), które zostały skonfiskowane. Handel pangolinami jest w Chinach nielegalny.

Koronawirusy pangolinów okazały się zbyt odległe, aby być bezpośrednimi przodkami SARS-CoV-2, ale fakt, że są one jedynymi dzikimi ssakami oprócz nietoperzy, o których wiadomo do tej pory, że żyją z koronawirusami podobnymi do SARS-CoV-2 sugeruje, że nie można ich wykluczyć jako źródła pośredniego.

Naukowcy szukają podobnych koronawirusów również u innych zwierząt. Przodek SARS-CoV-2 może czaić się w próbkach tkanek, które są przechowywane w laboratorium, mówi Aaron Irving, badacz chorób zakaźnych w Duke-NUS Medical School w Singapurze. „Wiele laboratoriów przechowuje próbki w swoich zamrażarkach,” mówi.

Irving planuje współpracę z badaczami z Chińskiej Akademii Nauk (CAS) Xishuangbanna Tropical Botanical Garden w Yunnan w celu przetestowania próbek tkanek dzikich ssaków zebranych w ramach programów nadzoru nad dzikimi zwierzętami pod kątem koronawirusów, które mogą być blisko spokrewnione z SARS-CoV-2. Ma on również zamiar rozpocząć nowe laboratorium w Instytucie Uniwersytetu Zhejiang-Uniwersytetu Edynburskiego w Haining i planuje poszukiwać koronawirusów u nietoperzy, ryjówek drzewnych, cywet i innych ssaków, tam gdzie jest to dozwolone. Ale w lutym, Chiny wprowadziły zakaz hodowli dzikich zwierząt i wielu z nich walczy, aby utrzymać swoje cywety przy życiu, mówi. „Może być za późno, gdy dotrę na miejsce”, mówi Irving.

Wskazówki genomu

Badanie genomu SARS-CoV-2 może również ujawnić wskazówki dotyczące możliwych żywicieli pośrednich. Z czasem wirusy często zaczynają kodować swoje białka, używając podobnych wzorów nukleotydów jak ich gospodarz, co pomaga wirusowi przystosować się do nowego środowiska. Naukowcy z UCL wykorzystują uczenie maszynowe, aby rozróżnić wzorce w kodzie genetycznym wirusa SARS-CoV-2, które mogłyby przewidzieć, do jakich zwierząt mógł się on przystosować.

Ale inni badacze nalegają na ostrożność wobec tego podejścia. We wczesnych dniach pandemii, naukowcy z Peking University Health Science Center zauważyli podobieństwa pomiędzy wzorcami kodowania białek SARS-CoV-2 z tymi preferowanymi przez dwa gatunki węży. Teoria, że wąż może być żywicielem pośrednim, została szybko obalona przez innych badaczy, którzy stwierdzili, że mała wielkość próby i ograniczone dane oznaczały, że zaobserwowane wzory były prawdopodobnie dziełem przypadku.

Hodowla wirusa w komórkach zwierzęcych jest jednym ze sposobów sprawdzenia, czy patogen przystosował się do nowego żywiciela. Shi Yi, mikrobiolog w CAS Institute of Microbiology w Pekinie, planuje wprowadzić inaktywowaną wersję RATG13 do różnych zwierząt, takich jak nietoperze, małpy koty i świnie, i zobaczyć, czy wirus rozwija podobny wzór mutacji do SARS-CoV-2 w czasie. Jeśli pojawią się podobieństwa, może to ujawnić, do jakich zwierząt przystosował się wirus, zanim przeskoczył na ludzi.

Lista podejrzanych

Określenie, jakie zwierzęta może zainfekować SARS-CoV-2, to kolejny sposób na zawężenie możliwych źródeł pośrednich. „Wiedza na temat podatności różnych gatunków i potencjalnych dróg przenoszenia między zwierzętami może dać nam wskazówki dotyczące prawdopodobnego kandydata na żywiciela lub żywiciela pośredniego w Chinach”, mówi Bart Haagmans, wirusolog z Erasmus MC w Rotterdamie.

Badania do tej pory sugerują, że wiele gatunków może zostać zarażonych. W eksperymentach laboratoryjnych wykazano, że koty, nietoperze owocożerne (Rousettus aegyptiacus), fretki, makaki rhesus i chomiki są podatne na zakażenie SARS-CoV-2. Poza laboratorium zwierzęta, w tym koty i psy domowe, tygrysy i lwy w ogrodach zoologicznych oraz norki hodowlane również złapały wirusa – prawdopodobnie od ludzi.

Badacze wykorzystują również modele obliczeniowe i biologię komórki do badania podatności zwierząt. SARS-CoV-2 zazwyczaj wnika do komórek przez białko receptorowe o nazwie ACE2. W jednym z nierecenzowanych badań1 prowadzonych przez Christine Orengo, bioinformatyka z UCL, modelowano strukturę ACE2 u ponad 215 kręgowców i stwierdzono, że receptor u wielu ssaków, w tym owiec, szympansów i goryli, dobrze łączy się z białkiem spike na powierzchni wirusa, co sugeruje, że zwierzęta te mogą być podatne na zakażenie.

Ale modelowanie nie zawsze koreluje z dowodami eksperymentalnymi. Na przykład modelowanie Orengo sugeruje, że podkowce mają niskie ryzyko zakażenia, mimo dowodów laboratoryjnych, że mogą być zakażone. Inna grupa, kierowana przez Yuen Kwok-yung, mikrobiologa z Uniwersytetu w Hong Kongu, odkryła2, że wirus dobrze replikuje się w maleńkich organoidach wyhodowanych z komórek macierzystych jelita podkowca chińskiego (R. sinicus).

Zwierzęta na farmach dzikich zwierząt w Chinach to jedno z pierwszych miejsc, gdzie należy szukać – mówi Peter Daszak, prezes organizacji non-profit EcoHealth Alliance w Nowym Jorku. Gospodarstwa magazynują wiele zwierząt hodowanych w niewoli, od cywet do psów szopów i nutrii, dużych gryzoni, często żyjących w pobliżu zwierząt gospodarskich, takich jak świnie, kurczaki i kaczki. „Gospodarstwa te są zwykle szeroko otwarte dla nietoperzy, które nocą żerują nad zagrodami, a niektóre z nich gnieżdżą się w budynkach. Są one również zazwyczaj połączone z domami ludzi, więc całe rodziny są potencjalnie narażone” – mówi Daszak, który w ciągu ostatnich 15 lat odwiedził wiele wiosek, targowisk dzikich zwierząt, jaskiń nietoperzy i farm w południowych Chinach.

„Możliwości rozprzestrzeniania się tych wirusów na bardzo aktywnym styku dzikich zwierząt, zwierząt gospodarskich i ludzi są jasne i oczywiste”, mówi.