Потребителски вход

Запомни ме | Регистрация
Постинг
26.07 20:57 - Как се развиват вирусите
Автор: zahariada Категория: Други   
Прочетен: 212 Коментари: 0 Гласове:
0

Последна промяна: 26.07 20:59


  image

Как се развиват вирусите Патогените, които преминават към нов вид гостоприемник, се адаптират. Как това се отразява на хода на пандемия като COVID-19?

От Боб Холмс, списание Knovable SMITHSONIANMAG.COM

17 ЮЛИ 2020Г

Необичайните случаи на пневмония започнаха да се появяват по средата на зимата, в Китай. По-късно причината, която изследователите щяха да научат, беше коронавирус, нов за науката. До март инфекцията започва да се разпространява в други азиатски страни и в чужбина. Хората умираха, а Световната здравна организация издаде глобален здравен сигнал.

 

Но това беше 2003 г., а не 2020 г. и болестта беше ТОРС, а не Covid-19. До юни епидемията почти няма, като само 8 098 потвърдени инфекции и 774 смъртни случая по целия свят. Няма съобщения за случаи на ТОРС от 2004 г.

За разлика от това с тясно свързания коронавирус, който причинява Covid-19 днес: повече от 13 600 000 потвърдени случаи към 16 юли и повече от 585 000 смъртни случая .

Защо SARS изчезна, докато днешният коронавирус просто продължава да се разпространява? Защо по този въпрос и двата коронавируса изобщо се разляха сред хората от първоначалните си домакини на прилепи?

И също толкова жизненоважно като тези въпроси е друго: Какво се случва след това?

Докато се сблъскваме с настоящата пандемия, ще бъде важно да разберем как SARS-CoV-2, вирусът, който причинява Covid-19, вероятно ще се развие през месеците и годините напред. Възможно е вирусът да загуби своя смъртоносен характер и да се установи в еволюционно детенте с човечеството. Това може да се окаже просто поредният вирус на настинка, както може би се е случвало с друг коронавирус в миналото. Но може също да остане сериозна заплаха или дори да се развие, за да стане по-смъртоносна. Резултатът зависи от сложното и понякога фино взаимодействие на екологични и еволюционни сили, които оформят как вирусите и техните домакини реагират един на друг.

„Едно нещо, което научаваш за еволюцията, е никога да не се обобщаваш“, казва Едуард Холмс, еволюционен вирусолог от Университета в Сидни, Австралия и автор на статия за еволюцията на нововъзникващите вируси в Годишния преглед на екологията, еволюцията и систематиката , "Това зависи изцяло от биологичния нюанс на ситуацията."

Стъпки към вирусния успех

Много от най-страшните вируси, които са причинили минали или настоящи епидемии, произхождат от други животни и след това са скочили към хора : ХИВ от други примати, грип от птици и свине и вероятно Ебола от прилепи. И така, за коронавирусите: Онези зад SARS (тежък остър респираторен синдром), MERS (респираторен синдром в Близкия изток) и Covid-19 вероятно произхождат от прилепи и пристигат при хора чрез друг, стъпаловиден вид, вероятно палмови цивинти, камили и евентуално панголини съответно.

Но да се направи скок от един вид на друг не е лесно, защото успешните вируси трябва да бъдат плътно адаптирани към техните домакини. За да влезе в клетка гостоприемник, молекула на повърхността на вируса трябва да съответства на рецептор от външната страна на клетката, като ключ, който се намира в ключалка. След като влезе в клетката, вирусът трябва да избяга от имунната защита на клетката и след това да командва подходящите части от биохимията на гостоприемника, за да генерира нови вируси. Всеки или всички тези фактори вероятно ще се различават от един вид гостоприемник до друг, така че вирусите ще трябва да се променят генетично - тоест да се развиват - за да се създаде магазин на ново животно.

Пандемиите - огнища на болести от глобален обхват - са посещавали човечеството много пъти. Ето примери.

imageСкорошна мутация променя SARS-CoV-2 шип протеин, за да го направи по-малко чуплив (променените битове са показани като цветни петна). Тази добавена здравина изглежда прави вируса по-заразен. Показани са три места, защото шиповият протеин е съставен от три еднакви субединици, които се свързват заедно. (DOE / Лос Аламос Национална лаборатория)

Превключването на хост всъщност включва две стъпки, въпреки че те могат да се припокриват. Първо, вирусът трябва да може да нахлуе в клетките на новия гост: Това е минимално изискване, за да стане хост болен. Но за да стане способен да предизвика епидемии, вирусът също трябва да стане заразен - тоест преносим между индивидите - в новия си гостоприемник. Ето какво повдига вирус от случайна неприятност до човек, който може да причини широко вреда.

SARS-CoV-2 показва тези два етапа ясно . В сравнение с вируса при прилепите, както вирусът, който заразява хората, така и близък роднина на панголините, носят мутация, която променя формата на повърхностния „ шипков протеин “. Промяната е точно на мястото, което се свързва с приемниците на клетъчните рецептори, за да пусне вируса. Това предполага, че първоначално мутацията е възникнала или в панголините, или като все още неидентифициран вид и се е случвало да позволи на вируса да прескочи и към хората.

Но SARS-CoV-2 носи други промени в шипковия протеин, които изглежда са възникнали след като е скочил към хората, тъй като те не се срещат при вирусите на прилепите или панголина. Единият е в регион, наречен полибазичен сайт на разцепване , за който е известно, че прави други коронавируси и грипни вируси по-инфекциозни. Друг изглежда прави шипковият протеин по-малко чуплив и при лабораторни експерименти с клетъчни култури той прави вируса по-заразен . Мутацията стана по-честа, докато пандемията Covid-19 продължава, което предполага - но не доказва - че прави вируса по-заразен и в реалния свят. (За щастие, макар че може да увеличи разпространението, това не прави хората по-болни.)

Този еволюционен двуетапен - първо преливане, а след това адаптиране към новия хост - вероятно е характерен за повечето вируси, тъй като те изместват хостове, казва Даниел Стрейкър, вирусен еколог от Университета в Глазгоу. Ако това е така, появяващите се вируси вероятно преминават през „безшумен период“ веднага след смяна на хоста, в който вирусът едва се остъргва, опитвайки се на ръба на изчезването, докато придобие мутациите, необходими за разцвет на епидемия.

Стрейкър вижда това в проучвания на бяс при прилепи - което е добър модел за изследване на еволюцията на появяващите се вируси, казва той, тъй като вирусът на бяс е прескачал между различни видове прилепи много пъти. Той и неговите колеги разгледаха данни за генетичната последователност от десетилетия за вируси на бяс, претърпели такива смени на гостоприемника. Тъй като по-големите популации съдържат повече генетични варианти, отколкото по-малките, измерването на генетичното разнообразие в техните проби позволи на учените да преценят колко широко е разпространен вирусът в даден момент.

Екипът установи, че почти никой от 13-те вирусни щама, които са изследвали, не е излитал веднага след преминаването към нов вид прилепи. Вместо това вирусите изхвърляха маргинално съществуване в продължение на години до десетилетия, преди да придобият мутациите - от все още неизвестна функция - които им позволиха да избухнат до епидемични нива. Не е изненадващо, че най-бързо се появиха вирусите, които се нуждаеха от най-малкото генетични промени, за да цъфтят.

SARS-CoV-2 вероятно премина през подобна слаба фаза, преди да придобие ключовите адаптации, които му позволиха да процъфти, може би мутацията към мястото на многоосновно разцепване, може би други, които все още не са идентифицирани. Във всеки случай, казва Колин Париш, вирусолог от Университета Корнел, който изучава смените на домакините, „по времето, когато първият човек в Ухан е бил идентифициран с коронавирус, вероятно е имало хора известно време“.

За наш лош късмет SARS-CoV-2 се адаптира успешно. Много вируси, които се преливат на хората, никога не го правят. Известно е, че около 220 до 250 вируса заразяват хората, но само около половината са преносими - много от тях са слабо - от един човек на друг, казва Джема Геогеган, еволюционен вирусолог от Университета в Отаго, Нова Зеландия. Останалите са инфекции в задънена улица. Половината е щедра оценка, добавя тя, тъй като много други събития за преливане вероятно се размиват, преди те дори да бъдат преброени.

Да станеш по-хубав - или по-неприятен

SARS-CoV-2, разбира се, е доста подминал етапа на тийнейджър. Големият въпрос сега е: Какво се случва след това? Една популярна теория, одобрена от някои експерти, е, че вирусите често започват да навредят на своите домакини, но се развиват към по-доброкачествено съвместно съществуване. В края на краищата много от вирусите, за които знаем, че предизвикват сериозни проблеми при нов вид гостоприемник, причиняват леко или никакво заболяване при гостоприемника, от който произхождат. И от гледна точка на вируса, тази теория твърди, че по-малко болните домакини са по-склонни да се движат, да се срещат с други хора и да разпространяват инфекцията напред.

"Вярвам, че вирусите са склонни да стават по-малко патогенни", казва Бъртрам Филдинг, коронавиролог в Университета на Западния Кейп, Южна Африка. „Крайната цел на патогена е да се възпроизведе, да направи повече от себе си. Всеки патоген, който убива гостоприемника твърде бързо, няма да даде достатъчно време за възпроизвеждане. “ Ако SARS-CoV-2 може да се разпространи по-бързо и по-нататък, като убие или тежко навреди на по-малко от хората, които заразява, може да очакваме, че с течение на времето той ще стане по-малко вреден - или, както го наричат ​​вирусолозите, по-малко вирусен.

Този вид еволюционна грижа може би е точно това, което се е случило преди повече от век с един от другите човешки коронавируси, известен като OC43, предполага Филдинг. Днес OC43 е един от четирите коронавируси, които представляват до една трета от случаите на обикновената настинка (а може би от време на време и по-тежко заболяване). Но Филдинг и няколко други хора смятат, че това също може да е вирусът зад една пандемия в световен мащаб, обикновено приписвана на грип, започнала през 1890 г. и убила над милион души по целия свят, включително внукът и наследникът на кралица Виктория.

imageСлед като зайците бяха въведени в Австралия, тяхната популация избухна. „Те са много изобилни тук“, казва ръкописният надпис на гърба на тази пощенска картичка от около 1930 г. Учените в крайна сметка въведоха вируса на миксома, за да овладеят чумата от зайци. (Фотограф Пол К. Номхонг / Национален музей на Австралия)

Учените не могат да докажат това, тъй като нито една проба от вируси не оцелява от тази пандемия, но някои косвени доказателства правят случая правдоподобен, казва Филдинг. От една страна, хората, които са били заразени през пандемията от 1890 г., очевидно са имали симптоми на нервната система, които сега виждаме като по-характерни за коронавирусите, отколкото за грипа. И когато белгийските изследователи секвенсираха генома на OC43 през 2005 г. и го сравниха с други известни коронавируси, те стигнаха до заключението, че той вероятно произхожда като вирус на едър рогат добитък и може би е скочил до хората точно около 1890г . Те спекулираха, че това може да е причинило пандемията от 1890 г. и след това се е установило до не толкова гадно съжителство като обикновен вирус на настинка.

Други еволюционни биолози не са съгласни. Пандемията със сигурност избледнява, тъй като все повече хора стават имунизирани, но няма солидни доказателства, че самият OC43 еволюира от силно вирулентен до предимно доброкачествен през последния век, казват те. Дори и да го направи, това не означава, че SARS-CoV-2 ще следва същата траектория. „Не можеш просто да кажеш, че ще стане по-хубаво, че някак добре адаптиран патоген не навреди на своя гостоприемник. Съвременната еволюционна биология и много данни показват, че не трябва да е вярно. Може да стане по-хубаво и да стане по-неприятно ”, казва Андрей Рийд, еволюционен микробиолог от Пенския държавен университет. (Холмс е по-тъп: „Опитът да се предскаже развитието на вирулентността е игра на халба“, казва той.)

За да разбере защо е толкова трудно да се предскажат промените във вирулентността, Read казва, че е важно да се признае разликата между вирулентността - тоест колко болен вирусът прави своя гостоприемник - и неговата преносимост или колко лесно преминава от един индивид-хост в друг. Еволюцията винаги благоприятства повишената преносимост, защото вирусите, които се разпространяват по-лесно, са еволюционно по-подходящи - тоест те оставят повече потомци. Но преносимостта и вирулентността не са свързани по някакъв надежден начин, казва Read. Някои микроби се справят отлично, дори да ви направят много болен. Бактериите, които причиняват холера, се разпространяват чрез диария, така че тежката болест е полезна за тях. Маларията и жълтата треска, които се предават от комари, могат да се разпространят добре дори от човек на вратата на смъртта.

 

imageПогребение за американски войник, починал от грип в Русия през 1919 г. Пандемията от 1918-1920 г. убива приблизително 50 милиона души по целия свят. (Национален архив на САЩ)

Респираторните вируси, като грип и човешки коронавируси, се нуждаят от домакини, които се движат достатъчно, за да дишат един върху друг, така че изключително висока вирулентност може да бъде пагубна в някои случаи. Но няма очевидно еволюционно предимство на SARS-CoV-2 да намали своята вирулентност, тъй като плаща малка цена за от време на време да убива хора: разпространява се лесно от заразени хора, които все още не се чувстват болни и дори от онези, които никога не могат да проявят симптоми на болест. „За да бъда честен, романовият коронавирус вече е доста подходящ“, казва Геогейгън.

Нито има много документирани случаи на вируси, чиято вирулентност намаля с времето. Редкият, класически пример е вирусът на миксома, който нарочно е въведен в Австралия през 50-те години от Южна Америка за контрол на инвазивните европейски зайци. В рамките на няколко десетилетия вирусът се разви, за да намали своята вирулентност , макар и само до 70 до 95 процента леталност от огромните 99,8 процента. (Оттогава тя отметна отново.)

Но миксома стои почти сам, казва Периш. Например, отбелязва той, няма доказателства, че скорошните човешки патогени като вируси Ebola, Zika или chikungunya са показали някакви признаци да станат по-малко патогенни за сравнително кратко време от скачането до хора.

image„Всеки има грип“, гласи заглавие във френско издание от януари 1890 г. (Wellcome Collection by CC by 4.0) Тези, които си отидоха

Избледнелите кошмари от нашето минало - пандемии, които тероризираха, а след това отстъпиха, като SARS през 2003 г. и грип през 1918-20 и отново през 1957, 1968 и 2009 г., се разминаха не защото вирусите се развиха да причиняват по-леко заболяване, а по други причини , В случай на SARS вирусът направи хората достатъчно болни, че здравните работници бяха в състояние да овладеят болестта, преди тя да излезе от употреба. „Хората, заболели от SARS, се разболяха много бързо и бяха лесно идентифицирани, лесно проследени и лесно карантинирани - и техните контакти също бяха лесно идентифицирани и карантинирани“, казва Марк Камерън, имунолог от университета „Кейс Уестърн Резерв“ в Кливланд, който е работил в болница в Торонто по време на разгара на огнището на ТОРС там. Това никога няма да бъде толкова лесно за Covid-19, защото хората, които не проявяват симптоми, могат да разпространят вируса.

Пандемиите на грип междувременно са склонни да отстъпят по друга причина, която предлага повече надежда в настоящия ни момент: Достатъчното количество от населението в крайна сметка става имунизирано, за да забави вируса. Вирусът на грип H1N1, причинил пандемията през 1918 г., продължава да бъде основният вирус на грипа до 50-те години на миналия век, а неговите потомци все още циркулират в човешката популация. Това, което направи вируса такава заплаха през 1918-20 г., е, че той е нов и хората имат малък имунитет. След като голяма част от населението е било изложено на вируса и е развило имунитет, пандемията намаля, въпреки че вирусът съществува при по-ниско ниво на инфекции - както се случва и до днес. Изглежда по-малко смъртоносна в голяма степен, защото по-възрастните хора, които са изложени на най-голям риск да умрат от грип, обикновено са се сблъсквали с грип H1N1 или нещо подобно в определен момент от живота си и запазват някаква степен на имунитет, казва Read.

С новия коронавирус, Парис казва, „ние сме в онзи период от 1918 г., когато вирусът се разпространява бързо в наивно население“. Но това ще се промени, тъй като все повече хора или хващат Covid-19, или са ваксинирани ( ако и когато това стане възможно ) и ще развият някакво ниво на имунитет. „Няма съмнение, че след като популацията е до голяма степен имунитет, вирусът ще умре“, казва Париш.

Въпросът е колко дълго ще продължи този имунитет: за цял живот като едра шарка или само няколко години като грип? Отчасти това ще зависи от това дали ваксината предизвиква постоянен отговор на антителата или просто временна. Но също така зависи дали вирусът може да се промени, за да избегне антителата, генерирани от ваксината. Въпреки че коронавирусите не натрупват мутации толкова бързо, колкото грипните вируси, те все още се променят. И поне един, който причинява бронхит при пилетата, е развил нови варианти, които не са обхванати от предишни ваксини. Но в този момент никой не знае какво да очаква от SARS-CoV-2.

Във всичко това има поне един обнадеждаващ аспект. Дори ако не можем да прогнозираме как ще се развие вирусът или как ще реагира на идващата ваксина, има нещо, което всички можем да направим, за да намалим риска от развитие на вируса по опасни начини. И не включва никакви сложни нови поведения. „Вирусите могат да се развиват само ако се размножават и предават“, казва Streicker. „Всичко, което намалява репликацията на вирус, в последствие ще намали количеството на еволюцията, което се случва.“ С други думи, ние можем да направим нашата роля, за да забавим еволюцията на вируса Covid-19, като се държим точно както ни беше казано, за да не го хванем: Минимизирайте контакта с другите, измийте ръцете си и носете маска.

Тази статия първоначално се появява в списание Knovable Magazine , независимо журналистическо начинание на Annual Review 




Гласувай:
0
0



Спечели и ти от своя блог!
Няма коментари
Търсене

За този блог
Автор: zahariada
Категория: Политика
Прочетен: 27911377
Постинги: 16031
Коментари: 19262
Гласове: 25946
Архив
Календар
«  Август, 2020  
ПВСЧПСН
12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31