ongebruikelijke gevallen van pneumonie begonnen op te treden in midwinter, in China. De oorzaak, zouden onderzoekers later leren, was een coronavirus nieuw voor de wetenschap. In maart begon de infectie zich te verspreiden naar andere Aziatische landen en overzee. Er stierven mensen en de Wereldgezondheidsorganisatie gaf een wereldwijd gezondheidsalarm uit.
maar dit was 2003, niet 2020, en de ziekte was SARS, niet Covid-19. Tegen juni was de uitbraak bijna verdwenen, met slechts 8.098 bevestigde infecties en 774 sterfgevallen wereldwijd. Sinds 2004 zijn geen gevallen van SARS gemeld.
Contrast met het nauw verwante coronavirus dat Covid-19 vandaag veroorzaakt: meer dan 13.600.000 bevestigde gevallen op 16 juli, en meer dan 585.000 sterfgevallen.
waarom verdween SARS terwijl het huidige coronavirus zich steeds verder verspreidt? Waarom zijn beide coronavirussen in mensen terecht gekomen, van hun oorspronkelijke vleermuizengastheren?
en net zo belangrijk als deze vragen is een andere: wat gebeurt er nu?
nu we geconfronteerd worden met de huidige pandemie, is het belangrijk om te begrijpen hoe SARS-CoV-2, het virus dat Covid-19 veroorzaakt, waarschijnlijk zal evolueren in de komende maanden en jaren. Het is mogelijk dat het virus zijn dodelijke karakter kan verliezen en zich kan vestigen in een evolutionaire ontspanning met de mensheid. Het kan eindigen als een koud virus, zoals in het verleden met een ander coronavirus is gebeurd. Maar het kan ook een ernstige bedreiging blijven of misschien zelfs evolueren om dodelijker te worden. De uitkomst hangt af van het complexe en soms subtiele samenspel van ecologische en evolutionaire krachten die bepalen hoe virussen en hun gastheren op elkaar reageren.”One thing you learn about evolution is never to generalize,” zegt Edward Holmes, een evolutionaire viroloog aan de Universiteit van Sydney, Australië, en auteur van een artikel over de evolutie van opkomende virussen in the Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. “Het hangt volledig af van de biologische nuance van de situatie.”
stappen naar viraal succes
veel van de engste virussen die eerdere of huidige epidemieën hebben veroorzaakt, kwamen voort uit andere dieren en sprongen vervolgens naar mensen: HIV van andere primaten, influenza van vogels en varkens, en Ebola waarschijnlijk van vleermuizen. Zo ook voor coronavirussen: degenen achter SARS (severe acute respiratory syndrome), MERS (Middle East respiratory syndrome) en Covid-19 zijn waarschijnlijk allemaal afkomstig van vleermuizen en kwamen bij mensen aan via een andere, opstapende soort, waarschijnlijk palm civets, kamelen en mogelijk pangolines, respectievelijk.
maar het maken van de sprong van de ene soort naar de andere is niet eenvoudig, omdat succesvolle virussen nauw moeten worden aangepast aan hun gastheer. Om in een gastheercel te komen, moet een molecuul op het oppervlak van het virus overeenkomen met een receptor aan de buitenkant van de cel, zoals een sleutel die in een slot past. Eenmaal in de cel, moet het virus de immuunafweer van de cel ontwijken en dan de juiste delen van de biochemie van de gastheer in beslag nemen om nieuwe virussen te produceren. Sommige of al deze factoren zullen waarschijnlijk verschillen van de ene gastheersoort tot de andere, dus virussen zullen genetisch moeten veranderen — dat wil zeggen evolueren — om zich te vestigen in een nieuw dier.
Host switching omvat eigenlijk twee stappen, hoewel deze elkaar kunnen overlappen. Ten eerste moet het virus de cellen van de nieuwe gastheer kunnen binnendringen: dat is een minimumvereiste om de gastheer ziek te maken. Maar om epidemieën te kunnen veroorzaken, moet het virus ook besmettelijk worden-dat wil zeggen overdraagbaar tussen individuen — in zijn nieuwe gastheer. Dat verheft een virus van een occasionele overlast tot een virus dat wijdverbreide schade kan veroorzaken.
SARS-CoV-2 laat deze twee fasen duidelijk zien. Vergeleken met het virus in vleermuizen, zowel het virus dat mensen infecteert en een naaste familielid in pangolines dragen een mutatie die de vorm van het oppervlak verandert ” spike eiwit.”De verandering is precies op de plek die zich bindt aan de receptoren van de gastheercel om het virus binnen te laten. Dit suggereert dat de mutatie eerst ontstond in pangolines of een nog niet geïdentificeerde soort en gebeurde om het virus te laten overspringen naar mensen, ook.
maar SARS-CoV-2 draagt andere veranderingen in het spike-eiwit die lijken te zijn ontstaan nadat het naar mensen is overgesprongen, omdat ze niet voorkomen in de vleermuis-of pangolinevirussen. De ene bevindt zich in een gebied dat de polybasische splitsingsplaats wordt genoemd, waarvan bekend is dat het andere coronavirussen en griepvirussen infectieuzer maakt. Een ander lijkt het spike-eiwit minder kwetsbaar te maken, en in laboratoriumexperimenten met celculturen maakt het het virus infectieuzer. De mutatie komt steeds vaker voor naarmate de covid-19-pandemie voortduurt, wat suggereert-maar niet bewijst-dat het virus ook in de echte wereld infectieuzer wordt. (Gelukkig, hoewel het kan toenemen verspreiding, het lijkt niet om mensen zieker te maken.)
deze evolutionaire twee-stap — eerst spill — over, dan aanpassing aan de nieuwe gastheer-is waarschijnlijk kenmerkend voor de meeste virussen als ze hosts verschuiven, zegt Daniel Streicker, een virale ecoloog aan de Universiteit van Glasgow. Als dat zo is, gaan opkomende virussen waarschijnlijk door een “stille periode” direct na een gastheer verschuiving, waarin het virus nauwelijks schraapt door, wankelen op de rand van uitsterven totdat het de mutaties verwerft die nodig zijn voor een epidemie om te bloeien.
Streicker ziet dit in onderzoeken naar rabiës bij vleermuizen — wat een goed model is voor het bestuderen van de evolutie van opkomende virussen, zegt hij, aangezien het rabiësvirus vele malen tussen verschillende vleermuissoorten is gesprongen. Hij en zijn collega’ s keken naar tientallen jaren aan genetische sequentiegegevens voor rabiësvirussen die dergelijke gastheer verschuivingen hadden ondergaan. Aangezien grotere populaties meer genetische varianten bevatten dan kleinere populaties, konden de wetenschappers schatten hoe wijdverbreid het virus op een bepaald moment was door de genetische diversiteit in hun monsters te meten.
het team stelde vast dat bijna geen van de 13 onderzochte virusstammen onmiddellijk na het overstappen op een nieuwe vleermuissoort opstartte. In plaats daarvan, de virussen ek uit een marginaal bestaan voor jaren tot decennia voordat ze de mutaties — van nog onbekende functie — die hen in staat gesteld om uit te barsten tot epidemische niveaus verworven. Het is niet verrassend dat de virussen die het snelst naar boven kwamen, de minste genetische veranderingen nodig hadden om te bloeien.
SARS-CoV-2 ging waarschijnlijk door een soortgelijke dunne fase voordat het de belangrijkste aanpassingen kreeg die het mogelijk maakten om te bloeien, misschien de mutatie naar de polybasische splitsingsplaats, misschien andere die nog niet geïdentificeerd zijn. Hoe dan ook, zegt Colin Parrish, een viroloog aan de Cornell University die host shifts bestudeert: “tegen de tijd dat de eerste persoon in Wuhan geïdentificeerd was met het coronavirus, was het waarschijnlijk al een tijdje bij mensen.”
Het was onze pech dat SARS-CoV-2 zich succesvol aanpaste. Veel virussen die overlopen op mensen doen dat nooit. Ongeveer 220 tot 250 virussen zijn bekend om mensen te infecteren, maar slechts ongeveer de helft zijn overdraagbaar — veel slechts zwak — van de ene persoon naar de andere, zegt Jemma Geoghegan, een evolutionaire viroloog aan de Universiteit van Otago, Nieuw-Zeeland. De rest zijn doodlopende infecties. De helft is een genereuze schatting, voegt ze eraan toe, omdat veel andere spill-over gebeurtenissen waarschijnlijk uitblazen voordat ze zelfs maar kunnen worden geteld.
mooier – of smeriger
SARS-CoV-2 is natuurlijk al ver voorbij het wankelen Stadium. De grote vraag is nu: wat gebeurt er nu? Een populaire theorie, onderschreven door sommige deskundigen, is dat virussen vaak beginnen met het schaden van hun gastheren, maar evolueren naar een meer goedaardige coëxistentie. Immers, veel van de virussen die we kennen die ernstige problemen veroorzaken bij een nieuwe gastheersoort veroorzaken milde of geen ziekte in de gastheer waar ze oorspronkelijk vandaan kwamen. Vanuit het perspectief van het virus, stelt deze theorie, hebben gastheren die minder ziek zijn meer kans om rond te bewegen, anderen te ontmoeten en de infectie verder te verspreiden.”ik geloof dat virussen minder pathogeen worden”, zegt Burtram Fielding, een coronaviroloog aan de Universiteit van West-Kaap, Zuid-Afrika. “Het uiteindelijke doel van een ziekteverwekker is om zich voort te planten, om meer van zichzelf te maken. Elke ziekteverwekker die de gastheer te snel doodt zal zichzelf niet genoeg tijd geven om zich voort te planten.”Als SARS-CoV-2 zich sneller en verder kan verspreiden door minder mensen te doden of ernstig te beschadigen, kunnen we verwachten dat het na verloop van tijd minder schadelijk zal worden — of, zoals virologen het noemen, minder virulent.
dit soort evolutionaire gentling kan precies zijn wat er meer dan een eeuw geleden gebeurde met een van de andere menselijke coronavirussen, bekend als OC43, suggereert Fielding. Vandaag de dag is OC43 een van de vier coronavirussen die verantwoordelijk zijn voor een derde van de gevallen van verkoudheid (en misschien af en toe ernstiger ziekte). Maar Fielding en een paar anderen denken dat het ook het virus kan zijn geweest achter een wereldwijde pandemie, meestal toegeschreven aan influenza, die begon in 1890 en wereldwijd meer dan een miljoen mensen doodde, waaronder de kleinzoon en erfgenaam van Koningin Victoria.
wetenschappers kunnen dat niet bewijzen, omdat er geen virus monsters overleven van die pandemie, maar sommige indirect bewijs maakt de zaak aannemelijk, Fielding zegt. Om te beginnen hadden mensen die tijdens de pandemie van 1890 besmet waren blijkbaar neurologische symptomen die we nu meer typisch zien voor coronavirussen dan voor influenza. Toen Belgische onderzoekers het genoom van OC43 in 2005 sequentieerden en het vergeleken met andere bekende coronavirussen, concludeerden ze dat het waarschijnlijk is ontstaan als een veevirus en dat het rond 1890 op mensen is gesprongen. Ze speculeerden dat het de pandemie uit 1890 zou kunnen hebben veroorzaakt en zich vervolgens zou hebben gevestigd op een minder vervelende coëxistentie als een gewoon koud virus.
andere evolutionaire biologen zijn het daar niet mee eens. De pandemie vervaagde zeker toen meer mensen immuun werden, maar er is geen solide bewijs dat OC43 zelf geëvolueerd is van zeer virulent naar meestal goedaardig in de afgelopen eeuw, zeggen ze. Zelfs als dat zo is, betekent dat niet dat SARS-CoV-2 hetzelfde traject zal volgen. “Je kunt niet zomaar zeggen dat het mooier wordt, dat een goed aangepaste ziekteverwekker zijn gastheer niet schaadt. De moderne evolutionaire biologie en veel gegevens tonen aan dat dat niet waar hoeft te zijn. Het kan mooier en gemener worden, ” zegt Andrew Read, een evolutionaire microbioloog aan de Penn State University. (Holmes is blunter: “proberen om virulentie evolutie te voorspellen is een mok’ s spel,” zegt hij.)
om te begrijpen waarom het zo moeilijk is om veranderingen in virulentie te voorspellen, zegt Read dat het belangrijk is om het verschil te herkennen tussen virulentie — dat wil zeggen, hoe ziek een virus zijn gastheer maakt — en zijn overdraagbaarheid, of hoe gemakkelijk het van de ene gastheer naar de andere gaat. Evolutie is altijd voorstander van verhoogde overdraagbaarheid, omdat virussen die zich gemakkelijker verspreiden evolutionair fitter zijn-dat wil zeggen, ze laten meer nakomelingen achter. Maar overdraagbaarheid en virulentie zijn niet verbonden op een betrouwbare manier, lees zegt. Sommige bacteriën doen het prima, zelfs als ze je erg ziek maken. De bacteriën die cholera veroorzaken verspreiden zich door diarree, dus ernstige ziekte is goed voor hen. Malaria en gele koorts, die worden overgedragen door muggen, kunnen zich prima verspreiden, zelfs van iemand die op sterven ligt.
respiratoire virussen, zoals influenza en de menselijke coronavirussen, hebben gastheren nodig die voldoende bewegen om op elkaar te ademen, zodat extreem hoge virulentie in sommige gevallen schadelijk kan zijn. Maar er is geen duidelijk evolutionair voordeel voor SARS-CoV-2 om zijn virulentie te verminderen, omdat het weinig prijs betaalt voor het af en toe doden van mensen: Het verspreidt zich gemakkelijk van geïnfecteerde mensen die zich nog niet ziek voelen, en zelfs van degenen die nooit symptomen van ziekte kunnen vertonen. “Om eerlijk te zijn, het nieuwe coronavirus is al behoorlijk fit”, zegt Geoghegan.
Er zijn ook niet veel gedocumenteerde gevallen van virussen waarvan de virulentie na verloop van tijd is afgenomen. Het zeldzame, klassieke voorbeeld is het myxoma virus, dat in de jaren 1950 vanuit Zuid-Amerika opzettelijk in Australië werd geïntroduceerd om invasieve Europese konijnen te bestrijden. Binnen een paar decennia, evolueerde het virus om zijn virulentie te verminderen, zij het slechts tot 70 tot 95 procent dodelijkheid van maar liefst 99.8 procent. (Het is sindsdien weer aangewakkerd.)
maar myxoma staat bijna alleen, zegt Parrish. Zo merkt hij op dat er geen bewijs is dat recente menselijke pathogenen zoals Ebola -, Zika-of chikungunya-virussen tekenen hebben laten zien dat ze minder pathogeen worden in de relatief korte tijd sinds het springen Naar mensen.
degenen die verdwenen
de vervaagde nachtmerries van ons verleden — pandemieën die geterroriseerd, vervolgens teruggetrokken, zoals SARS in 2003 en griep in 1918-20 en opnieuw in 1957, 1968 en 2009 — verdwenen niet omdat de virussen geëvolueerd om mildere ziekte te veroorzaken, maar om andere redenen. In het geval van SARS maakte het virus mensen ziek genoeg dat gezondheidswerkers in staat waren om de ziekte te beheersen voordat het uit de hand liep. “Mensen die SARS kregen, werden erg ziek, erg snel en werden gemakkelijk geïdentificeerd, gemakkelijk gevolgd en gemakkelijk in quarantaine geplaatst — en hun contacten werden ook gemakkelijk geïdentificeerd en in quarantaine geplaatst,” zegt Mark Cameron, een immunoloog aan de Case Western Reserve University in Cleveland, die in een ziekenhuis in Toronto werkte op het hoogtepunt van de SARS-uitbraak daar. Dat zou nooit zo makkelijk zijn voor Covid-19 omdat mensen die geen symptomen vertonen het virus kunnen verspreiden.de Grieppandemieën zijn ondertussen om een andere reden afgenomen, een reden die meer hoop biedt in ons huidige moment.: Genoeg van de bevolking wordt uiteindelijk immuun om het virus te vertragen. Het H1N1-influenzavirus dat de pandemie van 1918 veroorzaakte, bleef tot de jaren 1950 het belangrijkste influenzavirus en de nakomelingen ervan circuleren nog steeds in de menselijke populatie. Wat het virus zo ‘ n bedreiging maakte in 1918-20 is dat het nieuw was en dat mensen weinig immuniteit hadden. Zodra een groot deel van de bevolking aan het virus was blootgesteld en immuniteit had ontwikkeld, nam de pandemie af, hoewel het virus op een lager niveau van infecties bleef bestaan — zoals tot op de dag van vandaag. Het lijkt minder dodelijk nu grotendeels omdat oudere mensen, die het grootste risico om te sterven aan influenza, hebben meestal ondervonden H1N1 influenza of iets dergelijks op een bepaald punt in hun leven en behouden een zekere mate van immuniteit, lees zegt.met het nieuwe coronavirus, zegt Parrish, ” we zijn ongeveer in die periode van 1918 waar het virus zich snel verspreidt in een naïeve populatie.”Maar dat zal veranderen als meer mensen Covid-19 vangen of gevaccineerd worden (als en wanneer dat mogelijk wordt) en een zekere mate van immuniteit ontwikkelen. “Het staat buiten kijf dat zodra de bevolking grotendeels immuun is, het virus zal afsterven”, zegt Parrish.
de vraag is hoe lang die immuniteit zal duren: een leven lang, zoals pokken, of slechts een paar jaar, zoals griep? Dat hangt gedeeltelijk af van de vraag of het vaccin een permanente antilichaamrespons of slechts een tijdelijke reactie veroorzaakt. Maar het hangt er ook van af of het virus kan veranderen om de door het vaccin gegenereerde antilichamen te ontwijken. Hoewel coronavirussen mutaties niet zo snel accumuleren als griepvirussen, veranderen ze nog steeds. En ten minste één, die bronchitis veroorzaakt bij kippen, heeft nieuwe varianten ontwikkeld die niet gedekt worden door eerdere vaccins. Maar op dit moment weet niemand wat te verwachten van SARS-CoV-2.
Er is ten minste één bemoedigend aspect aan dit alles. Zelfs als we niet kunnen voorspellen hoe het virus zal evolueren of hoe het zal reageren op het komende vaccin, is er iets wat we allemaal kunnen doen om het risico te verminderen dat het virus op gevaarlijke manieren evolueert. En er is geen ingewikkeld nieuw gedrag bij betrokken. “Virussen kunnen alleen evolueren als ze repliceren en verzenden”, zegt Streicker. “Alles wat de replicatie van een virus vermindert, zal bijgevolg de hoeveelheid evolutie verminderen die plaatsvindt.”Met andere woorden, we kunnen ons steentje bijdragen om de evolutie van het covid-19-virus te vertragen door ons precies te gedragen zoals ons is verteld om het te voorkomen dat we het te pakken krijgen: contact met anderen minimaliseren, je handen wassen en een masker dragen.
Dit artikel verscheen oorspronkelijk in Knowable Magazine, een onafhankelijke journalistieke onderneming uit jaarlijkse Reviews. Meld je aan voor de nieuwsbrief.