Nowatorski koronaawirus SARS-CoV-2, który pojawił się w zeszłym roku w mieście Wuhan w Chinach i od tego czasu spowodował epidemię COVID-19 na dużą skalę i rozprzestrzenił się w ponad 70 innych krajach, jest produktem naturalnej ewolucji, zgodnie z ustaleniami opublikowanymi dziś w czasopiśmie Nature Medicine.

Analiza danych dotyczących publicznej sekwencji genomowej SARS-CoV-2 i związanych z nią wirusów nie znalazła żadnych dowodów na to, że wirus ten został wytworzony w laboratorium lub w inny sposób skonstruowany.

"Porównując dostępne dane dotyczące sekwencji genomu dla znanych szczepów koronaawirusa, możemy zdecydowanie stwierdzić, że SARS-CoV-2 powstał w wyniku naturalnych procesów" - powiedział dr Kristian Andersen, profesor nadzwyczajny immunologii i mikrobiologii w Scripps Research i odpowiadający mu autor pracy.

Oprócz Andersena, autorzy pracy "Proksymalne pochodzenie SARS-CoV-2" to Robert F. Garry z Uniwersytetu Tulane; Edward Holmes z Uniwersytetu w Sydney; Andrew Rambaut z Uniwersytetu w Edynburgu; W. Ian Lipkin z Uniwersytetu Columbia.

Koronawirusy to duża rodzina wirusów, które mogą powodować choroby o różnym stopniu zaawansowania. Pierwsza znana ciężka choroba wywołana koronaawirusem pojawiła się wraz z epidemią Severe Acute Respiratory Syndrome (SARS) w 2003 r. w Chinach. Drugi wybuch ciężkiej choroby rozpoczął się w 2012 r. w Arabii Saudyjskiej wraz z wystąpieniem zespołu ostrej niewydolności oddechowej (MERS) na Bliskim Wschodzie (Middle East Respiratory Syndrome).

W dniu 31 grudnia ubiegłego roku władze chińskie zaalarmowały Światową Organizację Zdrowia o wybuchu nowego szczepu koronaawirusa wywołującego poważną chorobę, który został następnie nazwany SARS-CoV-2. Na dzień 20 lutego 2020 r. udokumentowano prawie 167.500 przypadków COVID-19, chociaż wiele łagodniejszych przypadków prawdopodobnie pozostało niezdiagnozowanych. Wirus ten zabił ponad 6.600 osób.

Wkrótce po rozpoczęciu epidemii chińscy naukowcy dokonali sekwencjonowania genomu SARS-CoV-2 i udostępnili dane naukowcom na całym świecie. Uzyskane w ten sposób dane dotyczące sekwencji genomowej wykazały, że władze chińskie szybko wykryły epidemię i że liczba przypadków COVID-19 rośnie z powodu przenoszenia się z człowieka na człowieka po pojedynczym wprowadzeniu do populacji ludzkiej. Andersen i współpracownicy z kilku innych instytucji badawczych wykorzystali te dane dotyczące sekwencjonowania do zbadania pochodzenia i ewolucji SARS-CoV-2 poprzez skupienie się na kilku cechach ostrzegawczych wirusa.

Naukowcy przeanalizowali genetyczny wzorzec dla białek kolczastych, armatur na zewnątrz wirusa, których używa do chwytania i przenikania przez zewnętrzne ściany komórek ludzkich i zwierzęcych. W szczególności skupili się na dwóch ważnych cechach białka kolczastego: domenie wiążącej receptory (RBD), rodzaju haka, który chwyta komórki gospodarza, oraz miejscu rozszczepienia, molekularnym otwieraczu puszki, który pozwala wirusowi na pękanie i wnikanie do komórek gospodarza.

Dowody na naturalną ewolucję

Naukowcy odkryli, że część RBD białek kolczastych SARS-CoV-2 wyewoluowała, aby skutecznie skierować cząsteczkę na zewnątrz ludzkich komórek o nazwie ACE2, receptor biorący udział w regulacji ciśnienia krwi. Białko kolczaste SARS-CoV-2 było tak skuteczne w wiązaniu ludzkich komórek, że naukowcy doszli do wniosku, iż było ono wynikiem naturalnej selekcji, a nie produktem inżynierii genetycznej.

Dowodem na naturalną ewolucję były dane dotyczące kręgosłupa SARS-CoV-2 - jego ogólnej struktury molekularnej. Gdyby ktoś szukał nowego koronaawirusa jako patogenu, zbudowałby go z kręgosłupa wirusa, o którym wiadomo, że powoduje choroby. Naukowcy odkryli jednak, że kręgosłup SARS-CoV-2 znacznie różnił się od kręgosłupa znanych już koronaawirusów i w większości przypominał pokrewne wirusy występujące u nietoperzy i pangolin.

"Te dwie cechy wirusa, mutacje w części białka kolczastego w RBD i jego wyraźny kręgosłup, wykluczają laboratoryjne manipulacje jako potencjalne źródło SARS-CoV-2" powiedział Andersen.

Dr Josie Golding, kierownik ds. epidemii w brytyjskim Wellcome Trust, powiedział, że ustalenia Andersena i jego współpracowników są "niezwykle ważne, aby przedstawić oparty na dowodach pogląd na plotki, które krążyły na temat pochodzenia wirusa (SARS-CoV-2) powodującego COVID-19".

"Dochodzą oni do wniosku, że wirus jest produktem naturalnej ewolucji", dodaje Goulding, "kończąc wszelkie spekulacje na temat celowej inżynierii genetycznej".

Możliwe źródła pochodzenia wirusa

Na podstawie analizy sekwencjonowania genomowego Andersen i jego współpracownicy doszli do wniosku, że najbardziej prawdopodobnym źródłem SARS-CoV-2 był jeden z dwóch możliwych scenariuszy.

W jednym ze scenariuszy wirus ewoluował do obecnego stanu chorobotwórczego poprzez naturalną selekcję u żywiciela niebędącego człowiekiem, a następnie przeszedł do człowieka. W ten sposób pojawiły się wcześniejsze ogniska koronaawirusów, a ludzie zarazili się wirusem po bezpośrednim kontakcie z cywetami (SARS) i wielbłądami (MERS). Badacze zaproponowali nietoperze jako najbardziej prawdopodobny rezerwuar dla SARS-CoV-2, ponieważ jest on bardzo podobny do koronaawirusa nietoperzy. Nie ma jednak udokumentowanych przypadków bezpośredniego przenoszenia się nietoperzy z człowiekiem, co sugeruje, że między nietoperzami a ludźmi prawdopodobnie znajdował się żywiciel pośredni.

W tym scenariuszu obie charakterystyczne cechy białka kolczastego SARS-CoV-2 - część RBD, która wiąże się z komórkami i miejsce rozszczepienia, które otwiera wirusa - wyewoluowałyby do ich obecnego stanu przed wejściem do człowieka. W tym przypadku obecna epidemia prawdopodobnie pojawiłaby się szybko, jak tylko ludzie zostaliby zakażeni, ponieważ wirus już wyewoluowałby cechy, które czynią go patogenicznym i zdolnym do rozprzestrzeniania się między ludźmi.

W innym proponowanym scenariuszu niepatogeniczna wersja wirusa przeskoczyła od żywiciela zwierzęcego do człowieka, a następnie ewoluowała do obecnego stanu chorobotwórczego w populacji ludzkiej. Na przykład niektóre koronaawirusy z pangolin, pancerniki-podobne ssaki występujące w Azji i Afryce, mają strukturę dorzecza mózgu bardzo podobną do struktury SARS-CoV-2. Koronawirus pochodzący z pangoliny mógł zostać przeniesiony na człowieka, bezpośrednio lub poprzez żywiciela pośredniego, takiego jak cyweta lub fretka.

Wówczas inne wyróżniające się białko kolczaste charakterystyczne dla SARS-CoV-2, miejsce rozszczepu, mogło ewoluować w obrębie ludzkiego żywiciela, prawdopodobnie poprzez ograniczony, niewykryty obieg w ludzkiej populacji przed początkiem epidemii. Badacze stwierdzili, że miejsce rozszczepienia SARS-CoV-2 wydaje się podobne do miejsca rozszczepienia szczepów ptasiej grypy, które, jak wykazano, łatwo przenoszą się między ludźmi. SARS-CoV-2 mógł wyewoluować tak zjadliwe miejsce rozszczepu w ludzkich komórkach i wkrótce zapoczątkować obecną epidemię, ponieważ koronawirus prawdopodobnie stałby się znacznie bardziej zdolny do rozprzestrzeniania się między ludźmi.

Współautor badań Andrew Rambaut ostrzegał, że trudno jest w tym momencie ustalić, który ze scenariuszy jest najbardziej prawdopodobny, jeśli nie niemożliwy. Jeśli SARS-CoV-2 przedostałby się do ludzi w swojej obecnej formie patogenicznej ze źródła zwierzęcego, zwiększyłoby to prawdopodobieństwo przyszłych wybuchów epidemii, ponieważ wywołujący chorobę szczep wirusa mógłby nadal krążyć w populacji zwierząt i mógłby ponownie wskoczyć do człowieka. Prawdopodobieństwo przedostania się niepatogennego koronaawirusa do ludzkiej populacji jest mniejsze, a następnie rozwinięcia się właściwości podobnych do SARS-CoV-2.