ウイルス探偵がアウトブレイクの発生源を追跡する方法と、それが非常に扱いにくい理由

ウイルス探偵がアウトブレイクの発生源を追跡する方法と、それが非常に扱いにくい理由 将来のパンデミックの防止には、ウイルスの家系図を調べる必要があります。 ゲッティ イメージズ プラス経由のストッククラフター/iStock

大きな病気が流行するたびに、科学者や一般の人々が最初に尋ねる質問の XNUMX つは、「これはどこから来たのですか?」です。

COVID-19 のような将来のパンデミックを予測して防止するために、研究者は、パンデミックを引き起こすウイルスの起源を見つける必要があります。 これは簡単な作業ではありません。 は HIVの起源 それが世界中に広まってから20年になるまで明らかではありませんでした。 科学者たちは、エボラ出血熱の起源をまだ知りません。 1970年代から定期的な流行を引き起こした.

として ウイルス生態学の専門家、私は科学者がウイルスの起源をどのように追跡するかをよく尋ねられます。 私の研究では、野生植物に感染する多くの新しいウイルスといくつかのよく知られた病原体を発見しました。 病気を引き起こすことなく. 植物、動物、人間、方法はほとんど同じです。 ウイルスの起源を突き止めるには、広範なフィールドワーク、徹底的なラボテスト、そしてかなりの運が必要です。

ウイルスは野生動物の宿主からヒトに飛び移る

人に感染するウイルスやその他の病原体の多くは、動物に由来します。 これらの病気は 人畜共通つまり、それらは人間に飛び乗って人間の人口に広がるように適応した動物ウイルスによって引き起こされます。

最初にヒトへの感染が確認された場所で病気の動物を検査することによって、ウイルスの起源の調査を開始したくなるかもしれませんが、野生の宿主はしばしば症状を示しません。 ウイルスとその宿主は時間の経過とともに互いに順応するため、多くの場合、ウイルスは症状が出るまで明らかな病気の症状を引き起こしません。 新しい宿主種に飛びついた. 研究者は病気の動物だけを探すことはできません。


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もう XNUMX つの問題は、人間とその食用動物が静止していないことです。 研究者が最初に感染した人を発見した場所は、必ずしもウイルスが最初に発生した場所に近いとは限りません。 ラボでピペットを保持している PPE の研究者。 ウイルス起源の追跡における課題は、収集してテストする必要のある幅広いヒトおよび動物のサンプルです。 ゲッティイメージズ経由のLLuis Alvarez / DigitalVision

COVID-19 の場合、最初に見る場所は明らかにコウモリでした。 彼らは多くのコロナウイルスの宿主として知られており、SARS やその他の人獣共通感染症の原因となる可能性があります。 MERS.

COVID-2を引き起こすウイルスであるSARS-CoV-19の場合、これまでに発見された最も近い近縁の科学者は バットCoV RaTG13. このウイルスは、2011 年と 2012 年に武漢ウイルス学研究所のウイルス学者によって発見されたコウモリ コロナウイルスのコレクションの一部です。 ウイルス学者は、コウモリの SARS 関連コロナウイルスを探していました。 1 年の SARS-CoV-2003 のパンデミック. 彼らは、武漢にある研究所の研究所から約 932 キロメートル (1,500 マイル) 離れた雲南省のある場所でコウモリから糞便サンプルと咽喉スワブを収集し、さらなる研究のためにサンプルを持ち帰った.

コウモリのコロナウイルスが人に広がるかどうかをテストするために、研究者はサルの腎臓細胞を感染させ、 ヒト腫瘍由来細胞 雲南のサンプルで。 彼らは、このコレクションに含まれる多くのウイルスが、 ヒト細胞で複製するつまり、中間宿主を介さずにコウモリから人間に直接感染する可能性があります。 ただし、コウモリと人間が直接接触することはめったにないため、中間宿主がいる可能性は十分に考えられます。

最寄りの親戚を見つける

次のステップは、疑われる野生生物ウイルスが、人間に感染するウイルスとどの程度密接に関連しているかを判断することです。 科学者は、ウイルスの遺伝子配列を解明することでこれを行います。これには、基本的な構成要素の順序を決定することが含まれます。 ヌクレオチド、それがゲノムを構成しています。 XNUMX つの遺伝子配列が共有するヌクレオチドが多いほど、それらはより密接に関連しています。

コウモリのコロナウイルスRaTG13の遺伝子配列は、それが終わったことを示した 96%同一 SARS-CoV-2 に。 このレベルの類似性は、RaTG13 が SARS-CoV-2 にかなり近いことを意味し、SARS-CoV-2 がおそらくコウモリに由来しているが、直接の祖先にはまだ遠すぎることを確認します。 コウモリからウイルスを捕まえて人間に感染させた別の宿主がいた可能性があります。 人工呼吸器、手袋、ライトにバットをかざすヘッドランプを着用している人。 コウモリと人間の間の中間宿主を見つけるために、研究者は大きな網を投げ、多くの異なる動物をサンプリングする必要があります。 APフォト/シルヴィア・イズキエルド

COVID-19 の最も初期の症例のいくつかは、武漢の野生動物市場に関連する人々で発見されたため、この市場の野生動物がコウモリと人間の中間宿主であるとの推測がありました。 しかし、研究者は コロナウイルスを発見したことがない 市場からの動物で。

同様に、関連するコロナウイルスが特定された場合、 センザンコウ 中国南部での反密輸作戦で押収された多くの人々は、SARS-CoV-2がコウモリからセンザンコウ、そして人間へと跳躍したという結論に飛びついた. は センザンコウウイルス しかし、SARS-CoV-91との同一性は2%に過ぎないことが判明したため、ヒトウイルスの直接の祖先ではない可能性が高い

SARS-CoV-2 の起源を特定するには、さらに多くの野生のサンプルを収集する必要があります。 これは難しい作業です。コウモリのサンプリングには時間がかかり、偶発的な感染に対する厳重な予防措置が必要です。 SARS関連のコロナウイルスが見つかっているため、 アジア中のコウモリ、タイや日本を含め、非常に小さな針を探すのは非常に大きな干し草の山です。

SARS-CoV-2 の家系図の作成

ウイルスの起源と動きのパズルを解決するために、科学者は欠けている部分を見つけるだけでなく、それらがすべてどのように組み合わされるかを理解する必要があります。 これには、ヒト感染からのウイルス サンプルを収集し、それらの遺伝子配列を互いに、または他の動物由来のウイルスと比較する必要があります。

これらのウイルス サンプルが互いにどのように関連しているかを判断するために、研究者はコンピューター ツールを使用してウイルスのファミリー ツリーを構築します。 系統発生. 研究者は、各ウイルス サンプルの遺伝子配列を比較し、遺伝子の類似点と相違点を並べてランク付けすることで関係を構築します。

ウイルスの直接の祖先は、最も大きな遺伝的類似性を共有しており、その親と考えることができます。 同じ親シーケンスを共有しているが、互いに区別できるように十分な変更を加えたバリアントは、兄弟のようなものです。 SARS-CoV-2 の場合、 南アフリカの亜種、B.1.351、および英国の亜種、B.1.1.7、兄弟です。

異なる分析パラメータが異なる結果をもたらす可能性があるという事実によって、家系図の構築は複雑になります。同じ遺伝子配列のセットが、XNUMX つの非常に異なる家系図を生成する可能性があります。 同じ遺伝子配列に対して構築された XNUMX つの異なる系統樹の例 上段は架空のウイルスXNUMX種の塩基配列。 以下は、XNUMX つの異なるプログラムを使用して作成されたこれらのウイルスの XNUMX つのファミリー ツリーです。 左側のツリーはパーセントの同一性のみを使用していますが、右側のツリーは XNUMX つのシーケンスが類似した文字を共有しているかどうかも考慮しています。 マリリン・ルーシンク BY-ND CC

SARS-CoV-2 の場合、系統解析は特に困難です。 でも 何万もの SARS-CoV-2 シーケンス が利用可能になりました。 鮮明な絵を描く それらが互いにどのように関係しているかについて。

現在の議論: 野生のホストまたはラボのスピルオーバー?

SARS-CoV-2 は研究所から放出された可能性がありますか? でも 現在の証拠 18 人の著名なウイルス学者が最近、この問題は次のようにすべきであると提案しました。 さらに調査.

SARS-CoV-2 が研究室で設計されているという憶測がありましたが、この可能性は非常に低いようです。 野生の RaTG13 の遺伝子配列を SARS-CoV-2 と比較すると、違いはゲノム全体にランダムに広がっています。 設計されたウイルスでは、次を表す明確な変更ブロックがあります。 導入された配列 別のウイルス源から。

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SARS-CoV-2 ゲノムには、ヒトへの感染に重要な役割を果たすと思われるスパイクタンパク質の一部をコードするユニークな配列が XNUMX つあります。 興味深いことに、同様のシーケンスが MERS コロナウイルスにも見られます。 COVID-19に似た病気を引き起こします.

SARS-CoV-2 がこれらの配列をどのように獲得したかは明らかではありませんが、ウイルスの進化は、それらが自然のプロセスから生じたことを示唆しています。 ウイルス 変更を蓄積する 他のウイルスやその宿主との遺伝子交換、または複製中のランダムな間違いによるものです。 それらに与える遺伝子変化を得るウイルス 生殖上の利点 通常、レプリケーションを通じてそれを渡し続けます。 MERSとSARS-CoV-2がゲノムのこの部分で同様の配列を共有していることは、ヒト細胞への感染を助けるため、両方で自然に進化して広がったことを示唆している.

ここからどこへ行く?

SARS-CoV-2 の発生源を突き止めれば、将来のパンデミックを理解し、予測するための手がかりを得ることができますが、その発生源を正確に知ることはできないかもしれません。 SARS-CoV-2 がどのように人間に侵入したかにかかわらず、それは今ここにあり、おそらく今後もここにあるでしょう。 今後、研究者はその広がりを監視し続け、できるだけ多くの人に予防接種を受けさせる必要があります。

著者について

マリリン・J・ルーシンク、ペンシルベニア州立植物病理学および環境微生物学教授
 
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この記事はもともとに登場しました 会話

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