Hver gang der er et stort sygdomsudbrud, er et af de første spørgsmål, som forskere og offentligheden stiller: "Hvor kom det fra?"

For at forudsige og forhindre fremtidige pandemier som COVID-19 er forskere nødt til at finde oprindelsen af ​​de vira, der forårsager dem. Dette er ikke en triviel opgave. Det oprindelse af hiv var først 20 år efter, at det spredte sig rundt i verden. Forskere ved stadig ikke oprindelsen af ​​ebola, selvom det har gjort det forårsagede periodiske epidemier siden 1970'erne.

Som en ekspert i viral økologi, Bliver jeg ofte spurgt, hvordan forskere sporer oprindelsen af ​​en virus. I mit arbejde har jeg fundet mange nye vira og nogle kendte patogener, der inficerer vilde planter uden at forårsage nogen sygdom. Plante, dyr eller menneske, metoderne er stort set de samme. At spore oprindelsen af ​​en virus involverer en kombination af omfattende feltarbejde, grundig laboratorietest og en hel del held.

Virus hopper fra værter til vilde dyr til mennesker

Mange vira og andre sygdomsmidler, der inficerer mennesker, stammer fra dyr. Disse sygdomme er zoonotisk, hvilket betyder, at de er forårsaget af dyrevira, der sprang til mennesker og tilpasset til at sprede sig gennem den menneskelige befolkning.

Det kan være fristende at starte virusspredningssøgningen ved at teste syge dyr på stedet for den første kendte menneskelige infektion, men vilde værter viser ofte ingen symptomer. Virus og deres værter tilpasser sig hinanden over tid, så vira ofte ikke forårsager åbenlyse sygdomssymptomer, før de har gjort det sprang til en ny værtsart. Forskere kan ikke bare lede efter syge dyr.

Et andet problem er, at mennesker og deres maddyr ikke er stille. Det sted, hvor forskere finder den første inficerede person, er ikke nødvendigvis tæt på det sted, hvor virussen først opstod. En udfordring i sporing af viral oprindelse er den brede vifte af prøver fra mennesker og dyr, der skal indsamles og testes. LLuis Alvarez / DigitalVision via Getty Images

I tilfælde af COVID-19 var flagermus et oplagt første sted at se. De er kendte værter for mange coronavirus og er den sandsynlige kilde til andre zoonotiske sygdomme som SARS og MERS.

For SARS-CoV-2, den virus, der forårsager COVID-19, er de nærmeste relative forskere hidtil fundet BatCoV RaTG13. Denne virus er en del af en samling bat coronavirus, der blev opdaget i 2011 og 2012 af virologer fra Wuhan Virology Institute. Virologerne ledte efter SARS-relaterede koronavirus i flagermus efter SARS-CoV-1-pandemi i 2003. De indsamlede fækale prøver og halssvampe fra flagermus på et sted i Yunnan-provinsen omkring 932 kilometer fra instituttets laboratorium i Wuhan, hvor de bragte prøver tilbage til yderligere undersøgelse.

For at teste, om koronavirusene fra flagermus kunne sprede sig til mennesker, inficerede forskere abenyreceller og humane tumorafledte celler med Yunnan-prøverne. De fandt ud af, at et antal af viraerne fra denne samling kunne replikere i de humane celler, hvilket betyder at de potentielt kunne overføres direkte fra flagermus til mennesker uden en mellemliggende vært. Flagermus og folk kommer dog ikke ofte i direkte kontakt, så en mellemliggende vært er stadig meget sandsynlig.

At finde de nærmeste slægtninge

Det næste trin er at bestemme, hvor nært beslægtet en mistanke om vilde dyrelivsvirus er med den, der inficerer mennesker. Forskere gør dette ved at finde ud af virusets genetiske sekvens, hvilket indebærer bestemmelse af rækkefølgen af ​​de grundlæggende byggesten, eller nukleotider, der udgør genomet. Jo flere nukleotider to genetiske sekvenser deler, jo tættere beslægtede er de.

Genetisk sekventering af bat coronavirus RaTG13 viste, at det var overstået 96% identiske til SARS-CoV-2. Dette niveau af lighed betyder, at RaTG13 er temmelig tæt på SARS-CoV-2, hvilket bekræfter, at SARS-CoV-2 sandsynligvis stammer fra flagermus, men stadig er for fjern til at være en direkte forfader. Der var sandsynligvis en anden vært, der fangede virussen fra flagermus og overførte den til mennesker. For at finde den mellemliggende vært mellem flagermus og mennesker skal forskere kaste et stort net og prøve mange forskellige dyr. AP Photo / Silvia Izquierdo

Fordi nogle af de tidligste tilfælde af COVID-19 blev fundet hos mennesker, der var forbundet med dyrelivsmarkedet i Wuhan, var der spekulationer om, at et vildt dyr fra dette marked var den mellemliggende vært mellem flagermus og mennesker. Imidlertid forskere aldrig fundet coronavirus hos dyr fra markedet.

Ligeledes, når et relateret coronavirus blev identificeret i skældyr konfiskeret i en anti-smugleroperation i det sydlige Kina, sprang mange til den konklusion, at SARS-CoV-2 var hoppet fra flagermus til pangolin til mennesker. Det pangolin-virus blev fundet at være kun 91% identisk med SARS-CoV-2, hvilket gør det usandsynligt at være en direkte forfader til den humane virus.

For at lokalisere oprindelsen af ​​SARS-CoV-2 skal der indsamles meget flere vilde prøver. Dette er en vanskelig opgave - prøveudtagning af flagermus er tidskrævende og kræver strenge forholdsregler mod utilsigtet infektion. Da SARS-relaterede coronavirus findes i flagermus i hele Asien, inklusive Thailand og Japan, er det en meget stor høstak at søge efter en meget lille nål.

Oprettelse af et stamtræ til SARS-CoV-2

For at sortere puslespillet om viral oprindelse og bevægelse skal forskere ikke kun finde de manglende brikker, men også finde ud af, hvordan de alle passer sammen. Dette kræver indsamling af virale prøver fra humane infektioner og sammenligning af disse genetiske sekvenser både med hinanden og med andre dyreafledte vira.

For at bestemme, hvordan disse virale prøver er relateret til hinanden, bruger forskere computerværktøjer til at konstruere virussens stamtræ, eller fylogeni. Forskere sammenligner de genetiske sekvenser af hver viral prøve og konstruerer forhold ved at tilpasse og rangordne genetiske ligheder og forskelle.

Den direkte forfader til virussen, der deler den største genetiske lighed, kunne betragtes som dens forælder. Varianter, der deler den samme forældresekvens, men med nok ændringer til at gøre dem forskellige fra hinanden, er som søskende. I tilfælde af SARS-CoV-2 er Sydafrikansk variant, B.1.351, og den britiske variant, B.1.1.7, er søskende.

Opbygning af et stamtræ kompliceres af det faktum, at forskellige analyseparametre kan give forskellige resultater: Det samme sæt genetiske sekvenser kan producere to meget forskellige stamtræer. Nukleotidsekvenserne af seks fiktive vira er vist øverst. Nedenfor er to stamtræer af disse vira oprettet ved hjælp af to forskellige programmer. Træet til venstre bruger kun procent identitet, mens træet til højre også overvejer, om de to sekvenser deler lignende tegn. Marilyn Rossinck, CC BY-ND

For SARS-CoV-2 viser fylogenetisk analyse sig særlig vanskelig. Selvom titusinder af SARS-CoV-2 sekvenser er nu tilgængelige, adskiller de sig ikke nok fra hinanden til danne et klart billede af hvordan de er beslægtede med hinanden.

Den aktuelle debat: Vilde vært eller laboverløb?

Kunne SARS-CoV-2 være frigivet fra et forskningslaboratorium? Selvom nuværende bevis antyder, at dette ikke er tilfældet, foreslog 18 fremtrædende virologer for nylig, at dette spørgsmål skulle være yderligere undersøgt.

Selvom der har været spekulationer om, at SARS-CoV-2 er konstrueret i et laboratorium, synes denne mulighed meget usandsynlig. Når man sammenligner den genetiske sekvens af vild RaTG13 med SARS-CoV-2, spredes forskelle tilfældigt over genomet. I en manipuleret virus ville der være klare blokke af ændringer, der repræsenterer introducerede sekvenser fra en anden viral kilde.

[Få vores bedste historier om videnskab, sundhed og teknologi. Tilmeld dig The Conversation's videnskabsnyhedsbrev.]

Der er en unik sekvens i SARS-CoV-2 genomet, der koder for en del af spike-proteinet, der synes at spille en vigtig rolle i infektion af mennesker. Interessant nok findes en lignende sekvens i MERS coronavirus, der forårsager en sygdom svarende til COVID-19.

Selvom det ikke er klart, hvordan SARS-CoV-2 erhvervede disse sekvenser, antyder viral evolution, at de opstod fra naturlige processer. Virus akkumulere ændringer enten ved genetisk udveksling med andre vira og deres værter eller ved tilfældige fejl under replikation. Virus, der får en genetisk ændring, der giver dem en reproduktiv fordel vil typisk fortsætte med at videregive det gennem replikering. At MERS og SARS-CoV-2 deler en lignende sekvens i denne del af genomet antyder, at det naturligt udviklede sig i begge og spredte sig, fordi det hjælper dem med at inficere humane celler.

Hvor skal man hen herfra?

At finde ud af oprindelsen af ​​SARS-CoV-2 kunne give os spor til at forstå og forudsige fremtidige pandemier, men vi ved måske aldrig nøjagtigt, hvor det kom fra. Uanset hvordan SARS-CoV-2 sprang ind i mennesker, er det her nu, og det er sandsynligvis kommet for at blive. Fremover skal forskere fortsætte med at overvåge spredningen og få så mange mennesker vaccineret som muligt.

Om forfatteren