de ovanliga fallen av lunginflammation började dyka upp i midvintern, i Kina. Orsaken, forskare skulle senare lära sig, var ett coronavirus nytt för vetenskapen. I mars började infektionen sprida sig till andra asiatiska länder och utomlands. Människor dör, och Världshälsoorganisationen utfärdade en global hälsovarning.
men detta var 2003, inte 2020, och sjukdomen var SARS, inte Covid-19. I juni var utbrottet nästan borta, med bara 8 098 bekräftade infektioner och 774 dödsfall över hela världen. Inga fall av SARS har rapporterats sedan 2004.
jämför det med det närbesläktade koronaviruset som orsakar Covid-19 idag: mer än 13 600 000 bekräftade fall från och med den 16 juli och mer än 585 000 dödsfall.
varför försvann SARS medan dagens coronavirus bara fortsätter att sprida sig? Varför, för den delen, spillde båda dessa koronavirus över till människor alls, från sina ursprungliga fladdermusvärdar?
och lika viktigt som dessa frågor är en annan: Vad händer härnäst?
När vi står inför den nuvarande pandemin kommer det att vara viktigt att förstå hur SARS-CoV-2, viruset som orsakar Covid-19, sannolikt kommer att utvecklas under de kommande månaderna och åren. Det är möjligt att viruset kan förlora sin dödliga karaktär och bosätta sig i en evolutionär D. Det kan sluta som bara ett annat kallt virus, som kan ha hänt med ett annat coronavirus tidigare. Men det kan också förbli ett allvarligt hot eller kanske till och med utvecklas för att bli mer dödligt. Resultatet beror på det komplexa och ibland subtila samspelet mellan ekologiska och evolutionära krafter som formar hur virus och deras värdar svarar på varandra.
”en sak du lär dig om evolutionen är aldrig att generalisera”, säger Edward Holmes, en evolutionär virolog vid University of Sydney, Australien, och författare till en artikel om utvecklingen av nya virus i den årliga översynen av ekologi, Evolution och systematik. ”Det beror helt på den biologiska nyansen av situationen.”
steg till viral framgång
många av de läskigaste virusen som har orsakat tidigare eller nuvarande epidemier har sitt ursprung i andra djur och hoppade sedan till människor: HIV från andra primater, influensa från fåglar och grisar och Ebola troligen från fladdermöss. Så också för koronavirus: de som ligger bakom SARS (allvarligt akut respiratoriskt syndrom), MERS (Mellanöstern respiratoriskt syndrom) och Covid-19 har troligen sitt ursprung i fladdermöss och anlände till människor via en annan, stepping-Stone Art, sannolikt palm civets, kameler respektive eventuellt pangoliner.
men att hoppa från en art till en annan är inte lätt, eftersom framgångsrika Virus måste vara tätt anpassade till sina värdar. För att komma in i en värdcell måste en molekyl på virusets yta matcha en receptor på utsidan av cellen, som en nyckel som passar in i ett lås. En gång inuti cellen måste viruset undvika cellens immunförsvar och sedan kommandera lämpliga delar av värdens biokemi för att krossa nya virus. Någon eller alla dessa faktorer kommer sannolikt att skilja sig från en värdart till en annan, så virus måste förändras genetiskt — det vill säga utvecklas — för att skapa butik i ett nytt djur.
Värdväxling involverar faktiskt två steg, även om dessa kan överlappa varandra. Först måste viruset kunna invadera den nya värdens celler: det är ett minimikrav för att göra värden sjuk. Men för att kunna orsaka epidemier måste viruset också bli smittsamt — det vill säga överförbart mellan individer — i sin nya värd. Det är det som höjer ett virus från en tillfällig olägenhet till en som kan orsaka utbredd skada.
SARS-CoV – 2 visar dessa två steg tydligt. Jämfört med viruset i fladdermöss bär både viruset som infekterar människor och en nära släkting i pangoliner en mutation som förändrar formen på ytan ” spikprotein.”Förändringen är rätt på platsen som binder till värdcellreceptorer för att släppa in viruset. Detta tyder på att mutationen först uppstod antingen i pangoliner eller en ännu oidentifierad Art och råkade låta viruset hoppa över till människor också.
men SARS-CoV-2 bär andra förändringar i spikproteinet som verkar ha uppstått efter att det hoppat till människor, eftersom de inte förekommer i bat-eller pangolinvirus. En är i en region som kallas polybasisk klyvningsplats, vilket är känt för att göra andra koronavirus och influensavirus mer smittsamma. En annan verkar göra spikproteinet mindre bräckligt, och i laboratorieexperiment med cellkulturer gör det viruset mer smittsamt. Mutationen har blivit vanligare när Covid — 19 — pandemin fortsätter, vilket antyder-men bevisar inte-att det gör viruset mer smittsamt i den verkliga världen också. (Lyckligtvis, även om det kan öka spridningen, verkar det inte göra människor sjukare.)
denna evolutionära tvåstegs första spillover, sedan anpassning till den nya värden — är förmodligen karakteristisk för de flesta virus när de byter värdar, säger Daniel Streicker, en viral ekolog vid University of Glasgow. Om så är fallet, nya virus passerar förmodligen genom en” tyst period ” omedelbart efter en värdskift, där viruset knappt skrapar förbi, vacklande på randen av utrotning tills det förvärvar de mutationer som behövs för att en epidemi ska blomstra.Streicker ser detta i studier av rabies hos fladdermöss — vilket är en bra modell för att studera utvecklingen av nya virus, säger han, eftersom rabiesviruset har hoppat mellan olika fladdermöss många gånger. Han och hans kollegor tittade på årtionden av genetiska sekvensdata för rabiesvirus som hade genomgått sådana värdskift. Eftersom större populationer innehåller fler genetiska varianter än mindre populationer gör, mätning av genetisk mångfald i sina prover gjorde det möjligt för forskarna att uppskatta hur utbrett viruset var vid varje given tidpunkt.
teamet fann att nästan ingen av de 13 virusstammarna de studerade tog fart omedelbart efter att ha bytt till en ny fladdermus. Istället ekade virusen ut en marginell existens i flera år till årtionden innan de förvärvade mutationerna — av ännu okänd funktion — som gjorde det möjligt för dem att brista ut till epidemiska nivåer. Inte överraskande var de virus som uppstod snabbast de som behövde de minsta genetiska förändringarna att blomma.
SARS-CoV-2 passerade förmodligen genom en liknande svag fas innan den förvärvade de viktigaste anpassningarna som gjorde det möjligt att blomstra, kanske mutationen till den polybasiska klyvningsplatsen, kanske andra ännu inte identifierade. Hur som helst, säger Colin Parrish, en virolog vid Cornell University som studerar värdskift, ”när den första personen i Wuhan hade identifierats med coronavirus, hade det förmodligen varit hos människor ett tag.”
det var vår otur att SARS-CoV-2 anpassades framgångsrikt. Många virus som spiller över till människor gör aldrig. Cirka 220 till 250 virus är kända för att infektera människor, men bara ungefär hälften är överförbara — många bara svagt — från en person till en annan, säger Jemma Geoghegan, en evolutionär virolog vid University of Otago, Nya Zeeland. Resten är dödliga infektioner. Hälften är en generös uppskattning, tillägger hon, eftersom många andra spillover händelser troligen fizzle ut innan de ens kan räknas.
att bli trevligare-eller nastier
SARS-CoV-2 är naturligtvis väl förbi teetering-scenen. Den stora frågan nu är: vad händer härnäst? En populär teori, som stöds av vissa experter, är att virus ofta börjar skada sina värdar, men utvecklas mot en mer godartad samexistens. Trots allt, många av de virus vi känner till som utlöser allvarliga problem i en ny värdart orsakar mild eller ingen sjukdom i värden som de ursprungligen kom från. Och ur virusets perspektiv hävdar denna teori att värdar som är mindre sjuka är mer benägna att flytta runt, träffa andra och sprida infektionen framåt.
” Jag tror att virus tenderar att bli mindre patogena”, säger Burtram Fielding, en koronavirolog vid University of Western Cape, Sydafrika. ”Det yttersta målet med en patogen är att reproducera, att göra mer av sig själv. Varje patogen som dödar värden för snabbt kommer inte att ge sig tillräckligt med tid att reproducera.”Om SARS-CoV — 2 kan sprida sig snabbare och vidare genom att döda eller allvarligt skada färre av de människor det infekterar, kan vi förvänta oss att det med tiden blir mindre skadligt-eller, som virologer kallar det, mindre virulent.
denna typ av evolutionär gentling kan vara exakt vad som hände för mer än ett sekel sedan till ett av de andra mänskliga koronavirusen, känd som OC43, föreslår Fielding. Idag är OC43 ett av fyra koronavirus som står för upp till en tredjedel av fallen av förkylning (och kanske ibland allvarligare sjukdom). Men Fielding och några andra tror att det också kunde ha varit viruset bakom en världsomspännande pandemi, vanligtvis tillskriven influensa, som började 1890 och dödade mer än en miljon människor över hela världen, inklusive drottning Victorias barnbarn och arvtagare.
forskare kan inte bevisa det, eftersom inga virusprover överlever från den pandemin, men vissa omständigheter gör fallet troligt, säger Fielding. För det första upplevde människor som smittades i pandemin 1890 uppenbarligen nervsystemsymtom som vi nu ser som mer typiska för koronavirus än influensa. Och när belgiska forskare sekvenserade OC43S genom i 2005 och jämförde det med andra kända koronavirus, drog de slutsatsen att det sannolikt härstammar som ett boskaps virus och kan ha hoppat till människor runt 1890. De spekulerade i att det kan ha orsakat pandemin 1890 och sedan bosatte sig till en mindre otäck samexistens som ett vanligt förkylningsvirus.
andra evolutionära biologer är oense. Pandemin bleknade säkert när fler människor blev immun, men det finns inga fasta bevis för att OC43 själv utvecklats från mycket virulent till mestadels godartad under det senaste århundradet, säger de. Även om det gjorde det betyder det inte att SARS-CoV-2 kommer att följa samma bana. ”Du kan inte bara säga att det kommer att bli trevligare, att på något sätt en väl anpassad patogen inte skadar sin värd. Modern evolutionär biologi, och mycket data, visar att det inte behöver vara sant. Det kan bli trevligare, och det kan bli nastier,” säger Andrew Read, en evolutionär mikrobiolog vid Penn State University. (Holmes är blunter:” att försöka förutsäga virulens evolution är en Muggs spel”, säger han.)
för att förstå varför det är så svårt att förutsäga förändringar i virulens, säger Read att det är viktigt att känna igen skillnaden mellan virulens — det vill säga hur sjukt ett virus gör sin värd — och dess överförbarhet, eller hur lätt Det går från en värdindivid till en annan. Evolution gynnar alltid ökad överförbarhet, eftersom virus som sprids lättare är evolutionärt montare — det vill säga de lämnar fler Ättlingar. Men överförbarhet och virulens är inte länkade på något pålitligt sätt, säger Read. Vissa bakterier klarar sig bra även om de gör dig väldigt sjuk. Bakterierna som orsakar kolera sprids genom diarre, så allvarlig sjukdom är bra för dem. Malaria och gul feber, som överförs av myggor, kan sprida sig bra även från en person vid dödens dörr.
andningsvirus, som influensa och de mänskliga koronavirusen, behöver värdar som rör sig tillräckligt för att andas på varandra, så extremt hög virulens kan vara skadlig i vissa fall. Men det finns ingen uppenbar evolutionär fördel för SARS-CoV-2 att minska dess virulens, eftersom det betalar lite pris för att ibland döda människor: Det sprider sig lätt från smittade personer som ännu inte känner sig sjuka, och även från dem som kanske aldrig visar symtom på sjukdom. ”För att vara ärlig är det nya koronaviruset redan ganska passande”, säger Geoghegan.
det finns inte heller många dokumenterade fall av virus vars virulens har minskat över tiden. Det sällsynta, klassiska exemplet är myxoma-viruset, som medvetet introducerades till Australien på 1950-talet från Sydamerika för att kontrollera invasiva europeiska kaniner. Inom några decennier utvecklades viruset för att minska dess virulens, om än bara ner till 70 till 95 procent dödlighet från en jättestor 99.8 procent. (Det har sedan tickat upp igen.)
men myxoma står nästan ensam, säger Parrish. Han noterar till exempel att det inte finns några bevis för att de senaste mänskliga patogenerna som Ebola, Zika eller chikungunya-virus har visat några tecken på att bli mindre patogena på relativt kort tid sedan de hoppade till människor.
de som försvann
de bleka mardrömmarna från vårt förflutna — pandemier som terroriserade, sedan receded, såsom SARS 2003 och influensa 1918-20 och igen 1957, 1968 och 2009 — försvann inte för att virusen utvecklades för att orsaka mildare sjukdom, men av andra skäl. När det gäller SARS gjorde viruset människor sjuka nog att hälsoarbetare kunde innehålla sjukdomen innan den gick ur hand. ”Människor som fick SARS blev väldigt sjuka, mycket snabba och identifierades lätt, lätt spåras och lätt karantän — och deras kontakter identifierades också lätt och karantän”, säger Mark Cameron, en immunolog vid Case Western Reserve University i Cleveland, som arbetade på ett sjukhus i Toronto under höjden av SARS-utbrottet där. Det skulle aldrig bli lika lätt att göra för Covid-19 eftersom människor som inte visar symtom kan sprida viruset.
influensapandemier har under tiden tenderat att recede av en annan anledning, en som ger mer hopp i vårt nuvarande ögonblick: Tillräckligt av befolkningen blir så småningom immun för att sakta ner viruset. H1N1-influensaviruset som orsakade pandemin 1918 fortsatte som det viktigaste influensaviruset fram till 1950-talet, och dess ättlingar cirkulerar fortfarande i den mänskliga befolkningen. Det som gjorde viruset till ett sådant hot 1918-20 är att det var nytt och människor hade liten immunitet. När mycket av befolkningen hade utsatts för viruset och hade utvecklat immunitet avtog pandemin, även om viruset kvarstod på en lägre nivå av infektioner — som det gör till denna dag. Det verkar mindre dödligt nu till stor del för att äldre människor, som löper störst risk att dö av influensa, vanligtvis har stött på H1N1-influensa eller något liknande någon gång i livet och behåller en viss grad av immunitet, säger Read.
med det nya koronaviruset säger Parrish, ” vi är typ av i den 1918-perioden där viruset sprider sig snabbt i en naiv befolkning.”Men det kommer att förändras när fler människor antingen fångar Covid-19 eller vaccineras (om och när det blir möjligt) och utvecklar en viss nivå av immunitet. ”Det är ingen tvekan om att när befolkningen i stor utsträckning är immun, kommer viruset att dö ner”, säger Parrish.
frågan är hur länge den immuniteten kommer att vara: för en livstid, som smittkoppor, eller bara några år, som influensa? Delvis beror det på om vaccinet inducerar ett permanent antikroppssvar eller bara ett tillfälligt. Men det beror också på om viruset kan förändras för att undvika antikropparna som genereras av vaccinet. Även om koronavirus inte ackumulerar mutationer lika snabbt som influensavirus, förändras de fortfarande. Och minst en, som orsakar bronkit hos kycklingar, har utvecklat nya varianter som inte omfattas av tidigare vacciner. Men vid denna tidpunkt vet ingen vad man kan förvänta sig av SARS-CoV-2.
det finns åtminstone en uppmuntrande aspekt på allt detta. Även om vi inte kan förutsäga hur viruset kommer att utvecklas eller hur det kommer att reagera på det kommande vaccinet, finns det något vi alla kan göra för att minska risken för att viruset utvecklas på farliga sätt. Och det innebär inte några komplicerade nya beteenden. ”Virus kan bara utvecklas om de replikerar och sänder”, säger Streicker. ”Allt som minskar replikationen av ett virus kommer följaktligen att minska mängden utveckling som händer.”Med andra ord kan vi göra vår del för att sakta ner utvecklingen av Covid-19-viruset genom att bete oss precis som vi redan har fått höra att undvika att fånga det: minimera kontakten med andra, tvätta händerna och bära en mask.
denna artikel publicerades ursprungligen i knowable Magazine, en oberoende journalistisk strävan från årliga recensioner. Anmäl dig till nyhetsbrevet.