niezwykłe przypadki zapalenia płuc zaczęły pojawiać się w środku zimy, w Chinach . Przyczyną, jak później dowiedzieli się naukowcy, był koronawirus nowy w nauce. W marcu infekcja zaczęła rozprzestrzeniać się na inne kraje azjatyckie i zamorskie. Ludzie umierali, a Światowa Organizacja Zdrowia wydała globalny Alarm Zdrowotny.
ale to był rok 2003, nie 2020, a choroba była SARS, nie Covid-19. Do czerwca epidemia prawie zniknęła, z zaledwie 8098 potwierdzonymi zakażeniami i 774 zgonami na całym świecie. Od 2004 r. nie zgłoszono żadnych przypadków SARS.
kontrast z blisko spokrewnionym koronawirusem, który powoduje Covid-19 dzisiaj: ponad 13 600 000 potwierdzonych przypadków od 16 lipca i ponad 585 000 zgonów.
Dlaczego SARS zniknął, podczas gdy dzisiejszy koronawirus wciąż się rozprzestrzenia? Dlaczego oba te koronawirusy w ogóle rozlały się na ludzi, od ich pierwotnych nosicieli nietoperzy?
i równie istotne jak te pytania jest kolejne: co dalej?
w obliczu obecnej pandemii ważne będzie zrozumienie, jak SARS-CoV-2, wirus powodujący Covid-19, prawdopodobnie będzie ewoluował w nadchodzących miesiącach i latach. Możliwe, że wirus straci swój śmiertelny charakter i zadomowi się w ewolucyjnym kontakcie z ludzkością. To może skończyć się jak kolejny zimny wirus, jak może się zdarzyć do innego koronawirusa w przeszłości. Ale może również pozostać poważnym zagrożeniem, a może nawet ewoluować, aby stać się bardziej śmiertelnym. Wynik zależy od złożonej i czasami subtelnej interakcji sił ekologicznych i ewolucyjnych, które kształtują sposób, w jaki wirusy i ich gospodarze reagują na siebie nawzajem.
„jedną rzeczą, której nauczysz się o ewolucji, to nigdy nie generalizować”, mówi Edward Holmes, ewolucyjny wirusolog z Uniwersytetu w Sydney w Australii i autor artykułu na temat ewolucji pojawiających się wirusów w corocznym przeglądzie ekologii, ewolucji i systematyki. „Wszystko zależy wyłącznie od biologicznego niuansu sytuacji.”
kroki do sukcesu wirusowego
wiele najstraszniejszych wirusów, które wywołały przeszłe lub obecne epidemie, pochodziło od innych zwierząt, a następnie przeskoczyło na ludzi: HIV od innych naczelnych, grypa od ptaków i świń oraz Ebola prawdopodobnie od nietoperzy. Podobnie jest w przypadku koronawirusów: te znajdujące się za SARS (severe acute respiratory syndrome), MERS (Middle East respiratory syndrome) i Covid-19, wszystkie prawdopodobnie pochodzą od nietoperzy i dotarły do ludzi za pośrednictwem innego, stepowego gatunku, prawdopodobnie civets palmowych, wielbłądów i prawdopodobnie pangolinów.
ale przeskakiwanie z jednego gatunku do drugiego nie jest łatwe, ponieważ skuteczne wirusy muszą być ściśle dostosowane do ich gospodarzy. Aby dostać się do komórki gospodarza, cząsteczka na powierzchni wirusa musi pasować do receptora na zewnątrz komórki, jak klucz pasujący do zamka. Po przedostaniu się do wnętrza komórki, wirus musi uniknąć obrony immunologicznej komórki, a następnie przejąć odpowiednie części biochemii gospodarza, aby wytworzyć nowe wirusy. Niektóre lub wszystkie z tych czynników mogą się różnić w zależności od gatunku żywiciela, więc wirusy będą musiały zmienić się genetycznie – to znaczy ewoluować-aby założyć sklep w nowym zwierzęciu.
przełączanie hosta składa się w rzeczywistości z dwóch etapów, chociaż mogą się one nakładać. Po pierwsze, wirus musi być w stanie zaatakować komórki nowego gospodarza: jest to minimalny wymóg spowodowania choroby gospodarza. Ale aby stać się zdolnym do wywoływania epidemii, wirus musi również stać się zakaźny — to znaczy przenoszony między jednostkami — w swoim nowym gospodarzu. To właśnie podnosi wirusa z okazjonalnego uciążliwości do takiego, który może spowodować powszechne szkody.
SARS-CoV-2 wyraźnie pokazuje te dwa etapy. W porównaniu z wirusem u nietoperzy, zarówno wirus, który infekuje ludzi, jak i bliski krewny u pangolinów, posiadają mutację zmieniającą kształt powierzchni ” spike protein.”Zmiana jest dokładnie w miejscu, które wiąże się z receptorami komórek gospodarza, aby wpuścić wirusa. Sugeruje to, że mutacja po raz pierwszy pojawiła się u Pangolin lub jeszcze niezidentyfikowanego gatunku i przypadkowo pozwoliła wirusowi przeskoczyć na ludzi.
ale SARS-CoV-2 niesie ze sobą inne zmiany w białku spike, które wydają się powstawać po tym, jak skoczył do ludzi, ponieważ nie występują w wirusach nietoperza lub pangolina. Jeden z nich znajduje się w regionie zwanym polybasic cleavage site, który jest znany z tego, że inne koronawirusy i wirusy grypy są bardziej zakaźne. Inne wydaje się, że białko spike jest mniej kruche, a w eksperymentach laboratoryjnych z hodowlami komórek, wirus staje się bardziej zakaźny. Mutacja stała się bardziej powszechna wraz z pandemią Covid-19, co sugeruje — ale nie dowodzi — że sprawia, że wirus jest bardziej zakaźny również w prawdziwym świecie. (Na szczęście, chociaż może zwiększyć rozprzestrzenianie się, nie wydaje się, aby ludzie byli bardziej chorzy.)
Ten ewolucyjny dwuetapowy-najpierw rozlew, a następnie adaptacja do nowego gospodarza — jest prawdopodobnie charakterystyczny dla większości wirusów, ponieważ przenoszą gospodarze, mówi Daniel Streicker, ekolog wirusowy z Uniwersytetu w Glasgow. Jeśli tak, pojawiające się wirusy prawdopodobnie przechodzą przez” cichy okres ” natychmiast po zmianie gospodarza, w którym wirus ledwo zeskrobuje, balansując na krawędzi wyginięcia, dopóki nie uzyska mutacji potrzebnych do rozkwitu epidemii.
Streicker widzi to w badaniach wścieklizny u nietoperzy — co jest dobrym modelem do badania ewolucji pojawiających się wirusów, mówi, ponieważ wirus wścieklizny wielokrotnie przeskakiwał między różnymi gatunkami nietoperzy. On i jego współpracownicy przyjrzeli się dziesiątkom danych genetycznych dotyczących sekwencji wirusów wścieklizny, które przeszły takie zmiany gospodarza. Ponieważ większe populacje zawierają więcej wariantów genetycznych niż mniejsze populacje, pomiar różnorodności genetycznej w ich próbkach umożliwił naukowcom oszacowanie, jak rozpowszechniony był wirus w danym momencie.
zespół odkrył, że prawie żaden z 13 badanych szczepów wirusa nie wystartował natychmiast po przejściu na nowy gatunek nietoperza. Zamiast tego wirusy były marginalne przez lata do dziesięcioleci, zanim nabyły mutacje-o nieznanej jeszcze funkcji-które pozwoliły im wybuchnąć do poziomu epidemii. Nic dziwnego, że wirusy, które pojawiły się najszybciej były te, które potrzebowały najmniej zmian genetycznych, aby rozkwitnąć.
SARS-CoV-2 prawdopodobnie przeszedł podobną fazę, zanim uzyskał kluczowe adaptacje, które pozwoliły mu rozkwitnąć, być może mutację w polibasowym miejscu rozszczepienia, być może Inne jeszcze nie zidentyfikowane. W każdym razie, mówi Colin Parrish, wirusolog z Cornell University, który studiuje zmiany gospodarza, ” zanim pierwsza osoba W Wuhan została zidentyfikowana z koronawirusem, prawdopodobnie była u ludzi przez jakiś czas.”
to nasz pech, że SARS-CoV-2 zaadaptował się pomyślnie. Wiele wirusów, które rozlewają się na ludzi nigdy tego nie robią. Wiadomo, że około 220 do 250 wirusów zaraża ludzi — ale tylko około połowa jest przenoszona — wiele tylko słabo-od jednej osoby do drugiej, mówi Jemma Geoghegan, ewolucyjny wirusolog z Uniwersytetu Otago w Nowej Zelandii. Reszta to ślepe infekcje. Połowa to hojne oszacowanie, dodaje, ponieważ wiele innych zdarzeń wyciekowych prawdopodobnie zniknie, zanim można je w ogóle policzyć.
coraz ładniejszy — lub paskudniejszy
SARS-CoV-2, oczywiście, jest już za etapem abstynencji. Pytanie brzmi teraz: co będzie dalej? Jedna z popularnych teorii, poparta przez niektórych ekspertów, mówi, że wirusy często zaczynają szkodzić swoim gospodarzom, ale ewoluują w kierunku bardziej łagodnego współistnienia. W końcu wiele wirusów, o których wiemy, że wywołują poważne problemy u nowych gatunków gospodarzy, powodują łagodną lub żadną chorobę u gospodarza, z którego pochodzą. Z punktu widzenia wirusa, teoria ta twierdzi, że gospodarze, którzy są mniej chorzy, częściej poruszają się, spotykają innych i rozprzestrzeniają infekcję.
„uważam, że wirusy stają się mniej chorobotwórcze”, mówi Burtram Fielding, koronawirolog z Uniwersytetu Zachodniego Przylądka W RPA. „Ostatecznym celem patogenu jest rozmnażanie się, Robienie z siebie więcej. Każdy patogen, który zabija gospodarza zbyt szybko, nie da sobie wystarczająco dużo czasu na rozmnażanie.”Jeśli SARS-CoV-2 może rozprzestrzeniać się szybciej i dalej, zabijając lub poważnie raniąc mniej osób, które zaraża, możemy się spodziewać, że z czasem stanie się mniej szkodliwy — lub, jak nazywają to wirusolodzy, mniej zjadliwy.
ten rodzaj ewolucji może być dokładnie tym, co wydarzyło się ponad sto lat temu z jednym z innych ludzkich koronawirusów, znanym jako OC43, sugeruje Fielding. Obecnie OC43 jest jednym z czterech koronawirusów, które stanowią do jednej trzeciej przypadków przeziębienia (i być może czasami poważniejszą chorobę). Ale Fielding i kilku innych uważa, że to mógł być również wirus stojący za ogólnoświatową pandemią, Zwykle przypisywaną grypie, która rozpoczęła się w 1890 roku i zabiła ponad milion ludzi na całym świecie, w tym wnuka i następcę Królowej Wiktorii.
naukowcy nie mogą tego udowodnić, ponieważ żadne próbki wirusa nie przetrwały po tej pandemii, ale niektóre poszlaki sprawiają, że sprawa jest wiarygodna, mówi Fielding. Po pierwsze, ludzie zakażeni pandemią w 1890 roku najwyraźniej doświadczyli objawów ze strony układu nerwowego, które teraz postrzegamy jako bardziej typowe dla koronawirusów niż grypy. A kiedy belgijscy naukowcy zsekwencjonowali Genom OC43 w 2005 roku i porównali go z innymi znanymi koronawirusami, doszli do wniosku, że prawdopodobnie powstał jako wirus bydła i mógł przeskoczyć na ludzi około 1890 roku. Spekulowali, że mogło to spowodować pandemię z 1890 roku, a następnie ustatkować się do mniej paskudnego współistnienia jako zwykły zimny wirus.
inni biolodzy ewolucyjni nie zgadzają się. Pandemia z pewnością zanikła, gdy więcej ludzi stało się odpornych, ale nie ma solidnych dowodów na to, że OC43 ewoluował z wysoce zjadliwej do przeważnie łagodnej w ciągu ostatniego stulecia, mówią. Nawet jeśli, to nie znaczy, że SARS-CoV-2 podąży tą samą trajektorią. „Nie można po prostu powiedzieć, że stanie się ładniejszy, że w jakiś sposób dobrze przystosowany patogen nie zaszkodzi gospodarzowi. Współczesna biologia ewolucyjna i wiele danych pokazuje, że to nie musi być prawda. Może być ładniej i nieprzyjemniej”, mówi Andrew Read, mikrobiolog ewolucyjny na Uniwersytecie Penn State. (Holmes jest blunter: „próba przewidywania ewolucji zjadliwości jest grą kubka”, mówi.)
aby zrozumieć, dlaczego tak trudno jest przewidzieć zmiany zjadliwości, przeczytaj, że ważne jest, aby rozpoznać różnicę między zjadliwością — czyli tym, jak chory wirus sprawia, że jego gospodarz — a jego przenoszalnością lub jak łatwo przechodzi z jednego gospodarza na drugiego. Ewolucja zawsze sprzyja zwiększonej przenoszalności, ponieważ wirusy, które łatwiej się rozprzestrzeniają, są ewolucyjnie sprawniejsze-to znaczy pozostawiają więcej Potomków. Ale transmisja i zjadliwość nie są ze sobą powiązane w żaden niezawodny sposób, czytamy. Niektóre zarazki działają dobrze, nawet jeśli przyprawiają Cię o mdłości. Bakterie powodujące cholerę rozprzestrzeniają się przez biegunkę, więc ciężka choroba jest dla nich dobra. Malaria i żółta febra, które są przenoszone przez komary, mogą rozprzestrzeniać się dobrze nawet od osoby u drzwi śmierci.
wirusy oddechowe, takie jak grypa i ludzkie koronawirusy, potrzebują hostów, które poruszają się na tyle, aby oddychać na siebie, więc wyjątkowo wysoka zjadliwość może być szkodliwa w niektórych przypadkach. Ale nie ma oczywistej korzyści ewolucyjnej dla SARS-CoV-2, aby zmniejszyć jego zjadliwość, ponieważ płaci niewielką cenę za okazjonalne zabijanie ludzi: Łatwo rozprzestrzenia się od zarażonych osób, które jeszcze nie czują się chore, a nawet od tych, którzy mogą nigdy nie wykazywać objawów choroby. „Szczerze mówiąc, powieść koronawirus jest już całkiem pasuje”, mówi Geoghegan.
nie ma również wielu udokumentowanych przypadków wirusów, których zjadliwość zmniejszyła się z czasem. Rzadkim, klasycznym przykładem jest wirus myxoma, który został celowo wprowadzony do Australii w latach 50. z Ameryki Południowej w celu zwalczania inwazyjnych królików europejskich. W ciągu kilku dekad wirus ewoluował, aby zmniejszyć swoją zjadliwość, choć tylko do 70 do 95 procent śmiertelności z aż 99.8 procent. (Od tego czasu znowu się podniósł.)
ale myxoma stoi prawie sama, mówi Parrish. Na przykład, zauważa, nie ma dowodów na to, że niedawne ludzkie patogeny, takie jak wirusy Ebola, Zika czy chikungunya, wykazały jakiekolwiek oznaki mniej patogennej choroby w stosunkowo krótkim czasie od czasu przeskoczenia na ludzi.
te, które odeszły
wyblakłe koszmary naszej przeszłości — pandemie, które terroryzowały, a następnie ustąpiły, takie jak SARS w 2003 i grypa w latach 1918-20 i ponownie w 1957, 1968 i 2009 — odeszły nie dlatego, że wirusy ewoluowały, aby powodować łagodniejszą chorobę, ale z innych powodów. W przypadku SARS wirus spowodował, że ludzie byli na tyle chorzy, że pracownicy służby zdrowia byli w stanie opanować chorobę, zanim wymknęła się spod kontroli. „Ludzie, którzy zachorowali na SARS, bardzo szybko zachorowali i zostali łatwo zidentyfikowani, łatwo namierzeni i poddani kwarantannie — a ich kontakty również łatwo zidentyfikowano i poddano kwarantannie”, mówi Mark Cameron, immunolog z Case Western Reserve University w Cleveland, który pracował w szpitalu w Toronto w czasie epidemii SARS. Dla Covid-19 nigdy nie było to tak łatwe, ponieważ ludzie, którzy nie wykazują objawów, mogą rozprzestrzeniać wirusa.
tymczasem pandemia grypy ma tendencję do ustępowania z innego powodu, który daje więcej nadziei w naszej obecnej chwili: Wystarczająco dużo populacji w końcu staje się odporny, aby spowolnić wirusa. Wirus grypy H1N1, który spowodował pandemię w 1918 r., był głównym wirusem grypy do lat 50., a jego potomkowie nadal krążą w populacji ludzkiej. To, co sprawiło, że wirus był takim zagrożeniem w latach 1918-20, to fakt, że był nowatorski i ludzie mieli niewielką odporność. Gdy znaczna część populacji została narażona na działanie wirusa i rozwinęła odporność, pandemia osłabła, chociaż wirus utrzymywał się na niższym poziomie zakażeń-tak jak ma to miejsce do dnia dzisiejszego. Wydaje się mniej śmiertelne teraz głównie dlatego, że starsi ludzie, którzy są w największym stopniu narażeni na śmierć z powodu grypy, zwykle napotkali grypę H1N1 lub coś podobnego w pewnym momencie swojego życia i zachowują pewien stopień odporności, przeczytaj.
wraz z nowym koronawirusem Parrish mówi: „jesteśmy w pewnym sensie w okresie z 1918 roku, kiedy wirus szybko się rozprzestrzenia w naiwnej populacji.”Ale to się zmieni, ponieważ więcej osób albo łapie Covid-19, albo jest szczepionych (jeśli i kiedy będzie to możliwe) i rozwija pewien poziom odporności. „Nie ma wątpliwości, że gdy populacja będzie w dużej mierze odporna, wirus umrze”, mówi Parrish.
pytanie brzmi, jak długo ta odporność będzie trwała: przez całe życie, jak ospa, czy tylko kilka lat, jak grypa? Po części zależy to od tego, czy szczepionka indukuje trwałą odpowiedź przeciwciałową, czy tylko tymczasową. Ale zależy to również od tego, czy wirus może zmienić się, aby uniknąć przeciwciał wytwarzanych przez szczepionkę. Chociaż koronawirusy nie gromadzą mutacji tak szybko jak wirusy grypy, nadal się zmieniają. I co najmniej jeden, który powoduje zapalenie oskrzeli u kurcząt, wyewoluował nowe warianty, które nie są objęte poprzednimi szczepionkami. Ale w tym momencie nikt nie wie, czego się spodziewać po SARS-CoV-2.
jest w tym wszystkim przynajmniej jeden zachęcający aspekt. Nawet jeśli nie jesteśmy w stanie przewidzieć, jak wirus będzie ewoluował lub jak zareaguje na nadchodzącą szczepionkę, jest coś, co każdy z nas może zrobić, aby zmniejszyć ryzyko rozwoju wirusa w niebezpieczny sposób. I nie wiąże się to z żadnymi skomplikowanymi nowymi zachowaniami. „Wirusy mogą ewoluować tylko wtedy, gdy się replikują i przenoszą”, mówi Streicker. „Wszystko, co zmniejsza replikację wirusa, w konsekwencji zmniejszy ilość ewolucji, która się dzieje.”Innymi słowy, możemy wykonać naszą część, aby spowolnić ewolucję wirusa Covid-19, zachowując się dokładnie tak, jak nam już powiedziano, aby go nie złapać: zminimalizować kontakt z innymi, umyć ręce i założyć maskę.
Ten artykuł pierwotnie ukazał się w Knowable Magazine, niezależnym przedsięwzięciu dziennikarskim z corocznych recenzji. Zapisz się do newslettera.