epätavalliset keuhkokuumetapaukset alkoivat ilmaantua keskilännessä Kiinassa. Tutkijat saisivat myöhemmin tietää, että syynä oli tieteelle Uusi koronavirus. Maaliskuuhun mennessä tartunta alkoi levitä muihin Aasian maihin ja ulkomaille. Ihmisiä kuoli, ja Maailman terveysjärjestö WHO antoi maailmanlaajuisen terveysvaroituksen.
mutta tämä oli 2003, ei 2020, ja tauti oli SARS, ei Covid-19. Kesäkuuhun mennessä epidemia oli lähes ohi, ja varmistettuja tartuntoja oli maailmassa vain 8 098 ja kuolemantapauksia 774. SARS-tapauksia ei ole raportoitu vuoden 2004 jälkeen.
vertaa tätä nykyään Covid-19: ää aiheuttavaan, läheisesti samaan koronavirukseen: heinäkuun 16.päivästä lähtien yli 13 600 000 vahvistettua tapausta ja yli 585 000 kuolemaa.
miksi SARS hävisi, kun nykyinen koronavirus vain jatkaa leviämistään? Miksi nämä molemmat koronavirukset ylipäätään levisivät ihmisiin, niiden alkuperäisistä lepakkoisännistä?
ja aivan yhtä tärkeä kuin nuo kysymykset on toinen: mitä tapahtuu seuraavaksi?
nykyisen pandemian edessä on tärkeää ymmärtää, miten Covid-19-tautia aiheuttava SARS-CoV-2-virus todennäköisesti kehittyy tulevina kuukausina ja vuosina. On mahdollista, että virus menettää tappavan luonteensa ja asettuu evoluution liennytykseen ihmiskunnan kanssa. Se voi päätyä vain yhdeksi flunssavirukseksi, kuten on voinut käydä toiselle koronavirukselle aiemmin. Mutta se voi myös pysyä vakavana uhkana tai ehkä jopa kehittyä tappavammaksi. Lopputulos riippuu ekologisten ja evolutionaaristen voimien monimutkaisesta ja joskus hienovaraisesta vuorovaikutuksesta, joka muokkaa virusten ja niiden isäntien suhtautumista toisiinsa.
”evoluutiosta oppii muun muassa sen, ettei koskaan yleistetä”, sanoo Edward Holmes, evolutionaarinen virologi Sydneyn yliopistosta Australiasta ja kirjoitti artikkelin kehittyvien virusten evoluutiosta julkaisussa the Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. ”Se riippuu täysin tilanteen biologisesta vivahteesta.”
vaiheet virusmenestykseen
monet pelottavimmista viruksista, jotka ovat aiheuttaneet aiempia tai nykyisiä epidemioita, ovat peräisin muista eläimistä ja sitten siirtyneet ihmisiin: HIV muista kädellisistä, influenssa linnuista ja sioista ja Ebola todennäköisesti lepakoista. Sama pätee myös koronaviruksiin: sarsin (vakava akuutti hengitystieoireyhtymä), Mersin (Lähi-idän hengitystieoireyhtymä) ja Covid-19: n taustalla olevat virukset ovat kaikki todennäköisesti peräisin lepakoista ja kulkeutuneet ihmisiin toisen astinlajin, todennäköisesti palmusivettien, kamelien ja mahdollisesti pangoliinien, kautta.
mutta hyppääminen lajista toiseen ei ole helppoa, koska menestyvien virusten on sopeuduttava tiukasti isäntiinsä. Päästäkseen isäntäsoluun viruksen pinnalla olevan molekyylin on vastattava solun ulkopuolella olevaa reseptoria, kuten lukkoon sopivaa avainta. Kun virus on solun sisällä, sen täytyy kiertää solun immuunipuolustus ja sitten vallata isännän biokemian sopivat osat uusien virusten suoltamiseksi. Kaikki tai kaikki nämä tekijät todennäköisesti eroavat isäntälajista toiseen, joten virusten on muututtava geneettisesti — toisin sanoen kehityttävä — voidakseen perustaa kauppansa uuteen eläimeen.
Isännänvaihdossa on todellisuudessa kaksi vaihetta, joskin ne voivat olla päällekkäisiä. Ensinnäkin viruksen on kyettävä tunkeutumaan uuden isännän soluihin: se on vähimmäisvaatimus isännän sairastuttamiselle. Mutta jotta virus kykenisi aiheuttamaan epidemioita, sen on myös tultava tarttuvaksi — toisin sanoen tarttuvaksi yksilöiden välillä — uudessa isännässään. Se nostaa viruksen satunnaisesta haitasta sellaiseksi, joka voi aiheuttaa laajaa vahinkoa.
SARS-CoV-2 osoittaa nämä kaksi vaihetta selvästi. Lepakoiden virukseen verrattuna sekä ihmisiä tartuttava virus että pangoliinien lähisukulainen kantavat mutaatiota, joka muuttaa pinnan muotoa ” spike protein.”Muutos on juuri siinä kohdassa, joka sitoutuu isäntäsolureseptoreihin päästääkseen viruksen sisään. Tämä viittaa siihen, että mutaatio syntyi ensin joko pangoliineilla tai vielä tunnistamattomalla lajilla ja sattui sallimaan viruksen hyppäämisen myös ihmisiin.
mutta SARS-CoV-2 kantaa piikkiproteiinissa muitakin muutoksia, jotka näyttävät syntyneen sen hypättyä ihmisiin, sillä niitä ei esiinny lepakko-tai pangoliiniviruksissa. Yksi on alueella, jota kutsutaan polybasiittiseksi katkaisukohdaksi, jonka tiedetään tekevän muista koronaviruksista ja flunssaviruksista tarttuvampia. Toinen näyttää tekevän spike proteiini vähemmän hauras, ja laboratoriokokeissa soluviljelmillä, se tekee viruksen tarttuvampi. Mutaatio on yleistynyt Covid — 19 — pandemian edetessä, mikä viittaa-mutta ei todista-että se tekee viruksesta tarttuvamman myös todellisessa maailmassa. (Onneksi, vaikka se voi lisätä leviämistä, se ei näytä tekevän ihmisiä sairaammiksi.)
tämä evoluution kaksivaiheinen-ensin leviävä ja sitten uuteen isäntään sopeutuva — on todennäköisesti ominaista useimmille viruksille niiden siirtäessä isäntäänsä, sanoo Glasgow ’ n yliopiston virusekologi Daniel Streicker. Jos näin on, uudet virukset todennäköisesti läpäisevät ”hiljaisen jakson” heti isäntävuoron jälkeen, jolloin virus hädin tuskin kömpii ohi ja horjuu sukupuuton partaalla, kunnes se saa epidemian puhkeamiseen tarvittavat mutaatiot.
Streicker näkee tämän lepakoiden rabiesta koskevissa tutkimuksissa — mikä on hänen mukaansa hyvä malli uusien virusten evoluution tutkimiseen, sillä raivotautivirus on hypännyt eri lepakkolajien välillä monta kertaa. Hän tarkasteli kollegoidensa kanssa vuosikymmenten ajan geneettistä sekvenssitietoa raivotautiviruksista, jotka olivat läpikäyneet tällaisia isäntävuoroja. Koska suuremmissa populaatioissa on enemmän geenivariantteja kuin pienemmissä populaatioissa, geneettisen monimuotoisuuden mittaaminen niiden näytteistä antoi tutkijoille mahdollisuuden arvioida, kuinka laajalle virus milloinkin levisi.
ryhmä havaitsi, että lähes yksikään heidän tutkimistaan 13 viruskannasta ei lähtenyt heti uuteen lepakkolajiin siirtymisen jälkeen. Sen sijaan virukset elivät marginaalisesti vuosien tai vuosikymmenten ajan, ennen kuin ne saivat mutaatiot — joilla ei vielä ollut tuntematonta tehtävää — jotka saivat ne puhkeamaan epidemian tasolle. Ei ole yllättävää, että nopeimmin ilmaantuneet virukset tarvitsivat vähiten geneettisiä muutoksia kukoistaakseen.
SARS-CoV-2 läpäisi todennäköisesti samanlaisen hataran vaiheen ennen kuin se sai tärkeimmät adaptaatiot, jotka mahdollistivat sen kukoistuksen, ehkä mutaation moniperäiseen pilkkoutumiskohtaan, ehkä muita ei ole vielä tunnistettu. Joka tapauksessa, sanoo Colin Parrish, Cornellin yliopiston virologi, joka tutkii isäntävuoroja, ” siihen mennessä kun Wuhanin ensimmäinen henkilö oli tunnistettu koronavirukseen, se oli luultavasti ollut ihmisissä jo jonkin aikaa.”
oli huonoa tuuriamme, että SARS-CoV-2 sopeutui onnistuneesti. Monet virukset, jotka leviävät ihmisiin, eivät koskaan. Noin 220-250 viruksen tiedetään tarttuvan ihmisiin, mutta vain noin puolet niistä tarttuu — monet vain heikosti — ihmisestä toiseen, sanoo evoluutiovirologi Jemma Geoghegan Otagon yliopistosta Uudesta-Seelannista. Loput ovat umpikujatartuntoja. Puolet on avokätinen arvio, hän lisää, sillä monet muut kerrannaisvaikutukset todennäköisesti hiipuvat ennen kuin niitä ehtii edes laskea.
kiltimmäksi — tai ilkeämmäksi
SARS-CoV-2 on tietenkin jo reilusti ohitettu. Suuri kysymys on nyt: mitä tapahtuu seuraavaksi? Eräs suosittu teoria, jota jotkut asiantuntijat kannattavat, on, että virukset alkavat usein vahingoittaa isäntiään, mutta kehittyvät kohti hyväntahtoisempaa rinnakkaiseloa. Loppujen lopuksi monet tuntemamme virukset, jotka aiheuttavat vakavia ongelmia uudessa isäntälajissa, aiheuttavat lievän tai olemattoman taudin isännässä, josta ne alun perin tulivat. Ja viruksen näkökulmasta tämän teorian mukaan vähemmän sairaat isännät liikkuvat todennäköisemmin ympäriinsä, tapaavat toisia ja levittävät tartuntaa eteenpäin.
”uskon, että viruksilla on taipumus muuttua vähemmän patogeenisiksi”, sanoo eteläafrikkalaisen Western Capen yliopiston koronavirologi Burtram fielding. ”Patogeenin perimmäinen tarkoitus on lisääntyä, tehdä itsestään enemmän. Taudinaiheuttaja, joka tappaa isännän liian nopeasti, ei anna itselleen tarpeeksi aikaa lisääntyä.”Jos SARS-CoV-2 voi levitä nopeammin ja edelleen tappamalla tai vahingoittamalla vakavasti harvempia sen tartuttamia ihmisiä, voimme odottaa, että ajan mittaan siitä tulee vähemmän haitallinen — tai, kuten virologit sanovat, vähemmän tarttuva.
tällainen evolutiivinen hempeily saattaa olla juuri sitä, mitä tapahtui yli sata vuotta sitten toiselle ihmisen koronavirukselle, joka tunnetaan nimellä OC43, Fielding arvelee. Nykyään OC43 on yksi neljästä koronaviruksesta, jotka aiheuttavat jopa kolmanneksen tavallisen flunssan (ja ehkä joskus vakavammankin sairauden) tapauksista. Mutta Fielding ja muutamat muut ajattelevat, että se saattoi olla myös virus maailmanlaajuisen pandemian takana, joka yleensä pantiin influenssan syyksi, joka alkoi vuonna 1890 ja tappoi yli miljoona ihmistä ympäri maailmaa, mukaan lukien kuningatar Viktorian pojanpoika ja perillinen.
tutkijat eivät voi todistaa sitä, koska virusnäytteet eivät selviä tuosta pandemiasta, mutta jotkut aihetodisteet tekevät tapauksesta uskottavan, Fielding sanoo. Ensinnäkin ihmiset, jotka saivat tartunnan vuoden 1890 pandemiassa, saivat ilmeisesti hermosto-oireita, joita pidämme nykyään tyypillisempinä koronaviruksille kuin influenssalle. Ja kun belgialaiset tutkijat sekvensoivat OC43: n genomin vuonna 2005 ja vertasivat sitä muihin tunnettuihin koronaviruksiin, he päättelivät, että se todennäköisesti sai alkunsa nautaviruksena ja on saattanut siirtyä ihmisiin vuoden 1890 tienoilla. He arvelivat, että se saattoi aiheuttaa vuoden 1890 pandemian ja asettua sitten vähemmän ikävään rinnakkaiseloon tavallisena flunssaviruksena.
muut evoluutiobiologit ovat eri mieltä. Pandemia varmasti hiipui, kun useammat ihmiset tulivat immuuneiksi, mutta ei ole mitään pitäviä todisteita siitä, että OC43 itsessään olisi kehittynyt erittäin virulentista enimmäkseen hyvänlaatuiseksi viime vuosisadan aikana, he sanovat. Vaikka olisikin, se ei tarkoita, että SARS-CoV-2 noudattaisi samaa kehityskaarta. ”Ei voi vain sanoa, että siitä tulee mukavampi, että jotenkin hyvin sopeutunut taudinaiheuttaja ei vahingoita isäntäänsä. Moderni evoluutiobiologia ja paljon dataa osoittavat, ettei sen tarvitse olla totta. Siitä voi tulla kivempi ja ilkeämpi”, sanoo Andrew Read, evoluutiomikrobiologi Penn Staten yliopistosta. (Holmes tokaisee: ”virulenssin evoluution ennustaminen on mukin hommaa”, hän sanoo.)
ymmärtääkseen, miksi virulenssin muutoksia on niin vaikea ennustaa, Readin mukaan on tärkeää tunnistaa ero virulenssin — eli sen, kuinka sairaaksi virus tekee isäntänsä — ja sen tarttuvuuden välillä tai kuinka helposti se siirtyy isäntäyksilöstä toiseen. Evoluutio suosii aina lisääntyvää tarttuvuutta, koska helpommin leviävät virukset ovat evolutionaarisesti asentoisempia — eli ne jättävät enemmän jälkeläisiä. Mutta tarttuvuus ja virulenssi eivät liity toisiinsa millään luotettavalla tavalla, Read sanoo. Jotkut pöpöt pärjäävät hyvin, vaikka ne sairastuttaisivatkin pahasti. Koleraa aiheuttavat bakteerit leviävät ripulin kautta, joten vakava tauti on niille hyväksi. Malaria ja keltakuume, joita hyttyset levittävät, voivat levitä ihan hyvin jopa kuoleman kynnyksellä olevasta ihmisestä.
hengitystievirukset, kuten influenssa ja ihmisen koronavirukset, tarvitsevat isäntiä, jotka liikkuvat tarpeeksi hengittääkseen toistensa päällä, joten erittäin korkea virulenssi saattaa olla haitallista joissakin tapauksissa. Mutta SARS-CoV-2: lla ei ole selvää evolutiivista etua sen virulenssin vähentämisessä, koska se maksaa vain vähän ihmisten satunnaisesta tappamisesta.: Se leviää helposti tartunnan saaneista ihmisistä, jotka eivät ole vielä sairaita, ja jopa niistä, joilla ei ehkä koskaan ole sairauden oireita. ”Ollakseni rehellinen, romaani koronavirus on jo aika hyväkuntoinen”, Geoghegan sanoo.
ei myöskään ole monia dokumentoituja tapauksia viruksista, joiden virulenssi on vähentynyt ajan myötä. Harvinainen, klassinen esimerkki on myksoomavirus, joka tuotiin tarkoituksellisesti Australiaan 1950-luvulla Etelä-Amerikasta hillitsemään invasiivisia eurooppalaisia kaneja. Muutamassa vuosikymmenessä virus kehittyi vähentämään virulenssiaan, vaikkakin vain 70-95 prosentin tappavuuteen huimasta 99: stä.8 prosenttia. (Se on sittemmin tikattu uudelleen.)
mutta myksoma seisoo lähes yksin, Parrish sanoo. Hänen mukaansa ei ole esimerkiksi näyttöä siitä, että viimeaikaiset ihmisen taudinaiheuttajat, kuten Ebola -, Zika-tai chikungunya-virukset, olisivat osoittaneet merkkejä siitä, että ne olisivat vähentyneet ihmisiin hyppäämisen jälkeen suhteellisen lyhyessä ajassa.
ne, jotka hävisivät
menneisyyden haalistuneet painajaiset — pandemiat, jotka terrorisoivat, sitten väistyivät, kuten SARS vuonna 2003 ja flunssa vuosina 1918-20 ja uudelleen vuosina 1957, 1968 ja 2009 — eivät hävinneet siksi, että virukset kehittyivät aiheuttamaan lievempiä tauteja, vaan muista syistä. Sarsin tapauksessa virus sairastutti ihmisiä niin paljon, että terveydenhoitajat saivat pidettyä taudin kurissa ennen kuin se riistäytyi käsistä. ”Ihmiset, jotka saivat sarsin, sairastuivat hyvin nopeasti, ja heidät oli helppo tunnistaa, jäljittää ja asettaa helposti karanteeniin — ja myös heidän kontaktinsa tunnistettiin ja asetettiin helposti karanteeniin”, sanoo Mark Cameron, clevelandilaisen Case Western Reserve-yliopiston immunologi, joka työskenteli torontolaisessa sairaalassa sars-epidemian ollessa pahimmillaan. Covid-19: n suhteen se ei olisi koskaan ollut yhtä helppoa, koska oireettomat voivat levittää virusta.
Influenssapandemiat ovat puolestaan yleensä väistyneet toisesta syystä, joka tarjoaa enemmän toivoa nykyhetkessä: Tarpeeksi suuri osa väestöstä tulee lopulta immuuniksi hidastamaan virusta. Vuoden 1918 pandemian aiheuttanut H1N1-influenssavirus jatkoi pääfluenssaviruksena 1950-luvulle asti, ja sen jälkeläiset kiertävät edelleen ihmispopulaatiossa. Mikä teki viruksesta tällaisen uhan 1918-20 on, että se oli uusi ja ihmisillä oli vähän immuniteettia. Kun suuri osa väestöstä oli altistunut virukselle ja heille oli kehittynyt immuniteetti, pandemia laantui, vaikka virus pysyi alhaisemmalla tartuntamäärällä — kuten se on tehnyt vielä tänäkin päivänä. Se näyttää nyt vähemmän tappavalta pitkälti siksi, että vanhemmat ihmiset, joilla on suurin riski kuolla influenssaan, ovat yleensä kohdanneet H1N1-influenssan tai jotain sen kaltaista jossain vaiheessa elämäänsä ja säilyttävät jonkinasteisen immuniteetin, Read sanoo.
uuden koronaviruksen myötä Parrish sanoo, että ”olemme tavallaan siinä vuoden 1918 ajassa, jossa virus leviää nopeasti naiivissa väestössä.”Mutta se tulee muuttumaan, kun useammat ihmiset joko saavat Covid-19: n tai heidät rokotetaan (jos ja kun se on mahdollista) ja heille kehittyy jonkinasteinen immuniteetti. ”Ei ole epäilystäkään siitä, että kun väestö on suurelta osin immuuni, virus kuolee”, Parrish sanoo.
kysymys kuuluu, kuinka kauan tuo immuniteetti kestää: eliniän, kuten isorokko, vai vain muutaman vuoden, kuten flunssa? Se riippuu osittain siitä, saako rokote aikaan pysyvän vasta-ainevasteen vai vain tilapäisen vasteen. Mutta se riippuu myös siitä, voiko virus muuttua kiertämään rokotteen tuottamia vasta-aineita. Vaikka koronavirukset eivät kerrytä mutaatioita yhtä nopeasti kuin flunssavirukset, ne muuttuvat silti. Ja ainakin yksi, joka aiheuttaa keuhkoputkentulehdusta kanoilla, on kehittänyt uusia variantteja, joita aiemmat rokotteet eivät kata. Mutta tässä vaiheessa kukaan ei tiedä, mitä odottaa SARS-CoV-2: lta.
tässä kaikessa on ainakin yksi rohkaiseva puoli. Vaikka emme pystyisikään ennustamaan, miten virus kehittyy tai miten se reagoi tulevaan rokotteeseen, on jotain, mitä me kaikki voimme tehdä vähentääksemme riskiä viruksen kehittymisestä vaarallisilla tavoilla. Eikä siihen liity mitään monimutkaisia uusia käyttäytymismalleja. ”Virukset voivat kehittyä vain, jos ne monistuvat ja lähettävät”, Streicker sanoo. ”Kaikki, mikä vähentää viruksen replikaatiota, vähentää evoluution määrää.”Toisin sanoen voimme omalta osaltamme hidastaa Covid-19-viruksen kehittymistä käyttäytymällä juuri niin kuin meitä on jo käsketty välttämään sen tarttumista: minimoimalla kontaktit muihin, pesemällä kädet ja käyttämällä naamiota.
Tämä artikkeli ilmestyi alun perin Knowable-lehdessä, joka on riippumaton journalistinen pyrkimys vuosittaisista arvioista. Tilaa uutiskirje.