Setiap kali terdapat wabak penyakit besar, salah satu pertanyaan pertama yang ditanyakan oleh para saintis dan masyarakat adalah: "Dari mana asalnya?"

Untuk meramalkan dan mencegah wabak masa depan seperti COVID-19, para penyelidik perlu mencari asal-usul virus yang menyebabkannya. Ini bukan tugas yang remeh. The asal HIV tidak jelas sehingga 20 tahun selepas ia tersebar di seluruh dunia. Para saintis masih tidak mengetahui asal-usul Ebola, walaupun ada menyebabkan wabak berkala sejak tahun 1970-an.

Sebagai pakar dalam ekologi virus, Saya sering ditanya bagaimana saintis mengesan asal-usul virus. Dalam kerja saya, saya telah menemui banyak virus baru dan beberapa patogen terkenal yang menjangkiti tumbuhan liar tanpa menyebabkan penyakit. Tumbuhan, haiwan atau manusia, kaedahnya hampir sama. Mengesan asal-usul virus melibatkan gabungan kerja lapangan yang luas, ujian makmal menyeluruh dan sedikit keberuntungan.

Virus melompat dari inang haiwan liar ke manusia

Banyak virus dan agen penyakit lain yang menjangkiti orang berasal dari haiwan. Penyakit ini adalah zoonotik, bererti ia disebabkan oleh virus haiwan yang menyerang manusia dan disesuaikan untuk menyebar ke seluruh populasi manusia.

Mungkin menggoda untuk memulakan pencarian asal virus dengan menguji haiwan yang sakit di tempat jangkitan manusia pertama yang diketahui, tetapi inang liar sering tidak menunjukkan sebarang gejala. Virus dan hosnya saling beradaptasi dari masa ke masa, jadi virus selalunya tidak menyebabkan gejala penyakit yang jelas sehingga mereka mengalaminya melompat ke spesies tuan rumah yang baru. Penyelidik tidak boleh hanya mencari haiwan yang sakit.

Masalah lain ialah orang dan haiwan makanan mereka tidak bergerak. Tempat di mana penyelidik menemui orang yang dijangkiti pertama tidak semestinya dekat dengan tempat di mana virus pertama kali muncul. Cabaran dalam mencari asal virus adalah pelbagai sampel manusia dan haiwan yang perlu dikumpulkan dan diuji. LLuis Alvarez / DigitalVision melalui Getty Images

Dalam kes COVID-19, kelawar adalah tempat pertama yang jelas. Mereka terkenal sebagai tuan rumah bagi banyak coronavirus dan merupakan sumber kemungkinan penyakit zoonotik lain seperti SARS dan MERS.

Bagi SARS-CoV-2, virus yang menyebabkan COVID-19, yang dijumpai oleh saintis relatif terdekat setakat ini BatCoV RaTG13. Virus ini adalah sebahagian daripada kumpulan coronavirus kelelawar yang ditemui pada tahun 2011 dan 2012 oleh ahli virologi dari Institut Virologi Wuhan. Ahli virologi mencari coronavirus yang berkaitan dengan SARS pada kelawar setelah Pandemik SARS-CoV-1 pada tahun 2003. Mereka mengumpulkan sampel tinja dan penyapu tekak dari kelawar di sebuah lokasi di Provinsi Yunnan sekitar 932 batu (1,500 kilometer) dari makmal institut di Wuhan, di mana mereka membawa sampel kembali untuk kajian lebih lanjut.

Untuk menguji sama ada coronavirus kelawar dapat menyebar ke orang, para penyelidik menjangkiti sel ginjal monyet dan sel yang berasal dari tumor manusia dengan sampel Yunnan. Mereka mendapati bahawa sebilangan virus dari koleksi ini boleh meniru dalam sel manusia, yang bermaksud mereka berpotensi disebarkan secara langsung dari kelawar ke manusia tanpa inang perantara. Kelawar dan orang tidak sering bersentuhan langsung, jadi host perantaraan masih berkemungkinan besar.

Mencari saudara terdekat

Langkah seterusnya adalah untuk menentukan seberapa erat kaitan virus liar yang disyaki dengan virus yang menjangkiti manusia. Para saintis melakukan ini dengan mengetahui urutan genetik virus, yang melibatkan menentukan susunan blok bangunan asas, atau nukleotida, yang membentuk genom. Semakin banyak nukleotida dua urutan genetik berkongsi, semakin erat kaitannya.

Penjujukan genetik coronavirus kelelawar RaTG13 menunjukkan ia sudah berakhir 96% serupa ke SARS-CoV-2. Tahap kesamaan ini bermaksud bahawa RaTG13 cukup dekat dengan SARS-CoV-2, yang mengesahkan bahawa SARS-CoV-2 mungkin berasal dari kelawar, tetapi masih terlalu jauh untuk menjadi nenek moyang langsung. Kemungkinan ada host lain yang menangkap virus dari kelawar dan menyebarkannya kepada manusia. Untuk mencari inang antara kelawar dan manusia, para penyelidik harus membuang jaring besar dan mengambil sampel banyak haiwan. Foto AP / Silvia Izquierdo

Oleh kerana beberapa kes COVID-19 paling awal ditemukan pada orang-orang yang berkaitan dengan pasar hidupan liar di Wuhan, ada spekulasi bahawa seekor binatang liar dari pasar ini adalah tuan rumah antara kelawar dan manusia. Walau bagaimanapun, penyelidik tidak pernah menemui coronavirus pada haiwan dari pasar.

Begitu juga, ketika coronavirus yang berkaitan dikenal pasti di tenggiling disita dalam operasi anti penyeludupan di selatan China, banyak yang membuat kesimpulan bahawa SARS-CoV-2 telah melonjak dari kelelawar ke trenggiling kepada manusia. The virus pangolin didapati hanya 91% identik dengan SARS-CoV-2, bagaimanapun, menjadikannya tidak mungkin menjadi nenek moyang langsung virus manusia.

Untuk menentukan asal usul SARS-CoV-2, lebih banyak sampel liar perlu dikumpulkan. Ini adalah tugas yang sukar - pengambilan sampel kelawar memakan masa dan memerlukan pencegahan yang ketat terhadap jangkitan yang tidak disengajakan. Oleh kerana coronavirus berkaitan SARS dijumpai di kelawar di seluruh Asia, termasuk Thailand dan Jepun, ini adalah tumpukan jerami yang sangat besar untuk mencari jarum yang sangat kecil.

Membuat pohon keluarga untuk SARS-CoV-2

Untuk menyelesaikan teka-teki asal-usul dan pergerakan virus, para saintis tidak hanya harus mencari potongan yang hilang, tetapi juga mencari tahu bagaimana semuanya sesuai. Ini memerlukan pengumpulan sampel virus dari jangkitan manusia dan membandingkan urutan genetik antara satu sama lain dan virus lain yang berasal dari haiwan.

Untuk menentukan bagaimana sampel virus ini saling berkaitan, penyelidik menggunakan alat komputer untuk membina salasilah keluarga virus, atau filogeni. Penyelidik membandingkan urutan genetik setiap sampel virus dan membina hubungan dengan menyelaraskan dan menentukan persamaan dan perbezaan genetik.

Nenek moyang langsung virus, yang mempunyai persamaan genetik terbesar, dapat dianggap sebagai induknya. Varian berkongsi urutan ibu bapa yang sama tetapi dengan perubahan yang cukup untuk menjadikan mereka berbeza antara satu sama lain seperti saudara kandung. Dalam kes SARS-CoV-2, the Varian Afrika Selatan, B.1.351, dan varian UK, B.1.1.7, adalah adik beradik.

Membina pohon keluarga rumit oleh fakta bahawa parameter analisis yang berbeza dapat memberikan hasil yang berbeza: Kumpulan urutan genetik yang sama dapat menghasilkan dua pohon keluarga yang sangat berbeza. Urutan nukleotida enam virus fiksyen ditunjukkan di bahagian atas. Berikut adalah dua pohon keluarga virus ini yang dibuat menggunakan dua program yang berbeza. Pokok di sebelah kiri hanya menggunakan identiti peratus, sementara pohon di sebelah kanan juga mempertimbangkan sama ada kedua-dua urutan itu mempunyai watak yang serupa. Marilyn Roossinck, CC BY-ND

Untuk SARS-CoV-2, analisis filogenetik terbukti sangat sukar. Walaupun puluhan ribu urutan SARS-CoV-2 kini sudah tersedia, mereka tidak cukup berbeza antara satu sama lain membentuk gambaran yang jelas bagaimana mereka saling berkaitan.

Perbahasan semasa: Tumpahan liar tuan rumah atau makmal?

Mungkinkah SARS-CoV-2 telah dibebaskan dari makmal penyelidikan? Walaupun bukti semasa menyiratkan bahawa ini tidak berlaku, 18 ahli virologi terkemuka baru-baru ini mencadangkan bahawa persoalan ini seharusnya disiasat lebih lanjut.

Walaupun ada spekulasi mengenai SARS-CoV-2 direkayasa di makmal, kemungkinan ini nampaknya sangat tidak mungkin. Semasa membandingkan urutan genetik RaTG13 liar dengan SARS-CoV-2, perbezaan disebarkan secara rawak ke seluruh genom. Dalam virus yang direkayasa, akan ada blok perubahan yang jelas urutan diperkenalkan dari sumber virus yang berbeza.

[Dapatkan kisah sains, kesihatan dan teknologi terbaik kami. Daftar untuk buletin sains The Conversation.]

Terdapat satu urutan unik dalam genom SARS-CoV-2 yang memberi kod untuk bahagian protein lonjakan yang sepertinya memainkan peranan penting dalam menjangkiti orang. Menariknya, urutan serupa dijumpai dalam coronavirus MERS yang menyebabkan penyakit yang serupa dengan COVID-19.

Walaupun tidak jelas bagaimana SARS-CoV-2 memperoleh urutan ini, evolusi virus menunjukkan bahawa ia muncul dari proses semula jadi. Virus mengumpul perubahan sama ada dengan pertukaran genetik dengan virus lain dan inangnya, atau dengan kesalahan rawak semasa replikasi. Virus yang memperoleh perubahan genetik yang memberi mereka a kelebihan pembiakan biasanya akan terus menyebarkannya melalui replikasi. Bahawa MERS dan SARS-CoV-2 mempunyai urutan yang serupa di bahagian genom ini menunjukkan bahawa ia secara semula jadi berkembang di kedua-duanya dan merebak kerana ia membantu mereka menjangkiti sel manusia.

Di mana hendak pergi dari sini?

Mengetahui asal usul SARS-CoV-2 dapat memberi kita petunjuk untuk memahami dan meramalkan pandemi masa depan, tetapi kita mungkin tidak pernah tahu dengan tepat dari mana asalnya. Tidak kira bagaimana SARS-CoV-2 melompat ke manusia, ia ada di sini sekarang, dan mungkin di sini untuk kekal. Ke depan, para penyelidik perlu terus memantau penyebarannya, dan memberi vaksin sebanyak mungkin orang.

Tentang Pengarang