منشاء کروناویروس کجاست؟ خفاش، مورچه‌خوار یا خود انسان...

منشاء بیماری سارس CoV-2 (SARS-CoV-2)

کریستین جی. آندرسن، اندرو رامبوت، دبلیو یان لیپکین، ادوارد سی هولمز و رابرت اف گری

منتشرشده در: نیچر مدیسن، مارس 2020

ترجمه برای راهبرد: فاطمه لطفی

از زمانی که اولین گزارش‌ها از پاندمی جدید (COVID-19) در ووهانِ استان هوبی چین انتشار یافت، بحث‌های متعددی درباره منشاء ویروس مسبب این بیماری، یعنی SARS-COV-23 (که به صورت HCoV-19 شناخته می‌شود) مطرح شده است. عفونت‌های حاصل از SARS-CoV-2 حالا در تمام دنیا منتشرشده و تا یازدهم مارس 2020، حدود 121 هزار 564 بیمار در بیش از 110 کشور جهان با 4373 مورد مرگ شناسایی شده است.

SARS-CoV-2 هفتمین کروناویروس شناخته‌شده‌ای هست که بشر را مبتلا کرده است، درحالیکه SARS-CoV, MERS-CoV و SARS-CoV-2 باعث بیماری‌های شدیدتری در انسان می‌شوند؛ اما HKU1, NL63, OC43 و 229E علائم نسبتا خفیف‌تری دارند. در این مقاله، سعی بر آن است که بر اساس آنالیزهای ژنوم این ویروس، بفهمیم منشاء SARS-CoV-2 چیست. 

مشخصه‌های قابل‌توجه در ژنوم SARS-CoV-2

همسنجی‌های انجام شده کرونا ویروس‌های آلفا و بتا دو مشخصه ژنتیکی قابل‌توجه SARS-CoV-2 را نشان داد: اول: بر اساس مطالعات پایه و آزمایشات شیمیایی، به نظر می‌رسد SARS-CoV-2 برای اتصال به گیرنده ACE2 انسانی بهینه شده است؛ 

دوم، بخش پایه SARS-CoV-2 به واسطه جاسازی 12 نوکلئوتید یک گسستگی عامل قلیایی (فورین) بر روی مرزهای S1-S2 دارد و علاوه بر آن پیش‌بینی می‌شود که توان به دست آوردن سه O متصل به گلیکان در اطراف این محل را هم دارد. 

1- موتاسیون در گیرنده متصل کننده SARS-CoV-2

بخش متصل‌شونده به گیرنده (RBD) ناپایدارترین بخش ژنوم کروناویروس است. شش RBD آمینو اسید برای اتصال به گیرنده ACE2 ضروری است. اگر با مختصات SARS-CoV در نظر بگیریم، این شش آمینو اسید، Y442, L472, N479, D480, T487 و Y4911 هستند که مطابق با L455, F486, Q493, S494, N501 و Y505 در SARS-CoV-2 هستند. 5 تا از این 6 اسید آمینه بین SARS-CoV-2 و SARS-CoV متفاوت است. بر اساس مطالعات پایه و تجربیات آزمایشگاهی، به نظر می‌رسد SARS-CoV-2 یک RBD دارد که با میل ترکیبی بالا با ACE2 انسان، راسو، گربه و دیگر گونه‌های دارنده همسانی بالای گیرنده ترکیب می‌شود.

آنالیزها نشان می‌دهد که SARS-CoV-2 احتمالا بتواند با میل ترکیبی بالا به ACE2 انسانی متصل شود، آنالیزهای محاسباتی پیش‌بینی کرده‌اند این برهمکنش‌ ایده‌آل نیست و توالی RBD متفاوت از آن چیزی است که در SARS-CoV برای اتصال به پذیرنده مطلوب است. بنابراین جاذبه بالای اتصال بخش پایه SARS-CoV-2 به ACE2 انسانی به احتمال بالا در نتیجه انتخاب طبیعی در بدن انسان یا ACE2 شبه انسانی است که اجازه می دهد اتصال بهینه دیگری هم رخ دهد. این مدرک محکمی است که تایید می‌کند SARS-CoV-2 محصول عمدی ساخت بشر نیست.

2- بخش گسسته فورین چند قلیایی و گلیکان‌های متصل به O

مشخصه دوم و قابل‌توجه SARS-CoV-2 یک محل گسستگی چند قلیایی (RRAR) در محل اتصال S1 و S2 است. این امر امکان ایجاد شکاف موثر توسط فورین و دیگر پروتئازها را ایجاد کرده و نقش موثری در عفونت‌های مربوط به ویروس‌ها دارد. به علاوه، یک پرولاین هم در این بخش در SARS-CoV-2 وجود دارد، بنابراین توالی موجود PRRA است. چرخش ایجاد شده توسط پرولاین احتمالا به اضافه شدن اتصال‌های O گلیکان به S673, T678 و S686 منجر می‌شود.

با توضیحات فوق احتمال دارد که ویروس‌های مشابه SARS-CoV-2 با گسستگی‌های چندقلیایی در دیگر گونه‌ها هم شناسایی شوند. 

پیامد اصلی گسستگی چند قلیایی در SARS-CoV-2 ناشناخته است و مهم است که تاثیر آن در بیماری‌زایی و قابلیت سرایت این ویروس بررسی شود. آزمایش‌های SARS-CoV نشان دادند که وجود گسستگی فورین در محل‌های S1 و S2 ترکیب سلول به سلول را بدون تغییر ویروس بهینه می کند. به علاوه گسستگی موثر در پایه MERS-CoV این نوع کروناویروس‌ها را قادر می‌کند از طریق خفاش‌ها سلول‌های انسانی را هم آلوده کنند.

در ویروس آنفولانزای مرغی، تکرار سریع و انتقال شدید در جمعیت مرغ‌ها باعث به دست آورد گسستگی چندقلیایی در هماگلوتین HA می شود، یعنی همان بخشی که شبیه پایه کروناویروس عمل می‌کند. به دست آوردن گسستگی چند قلیایی در HA با الحاق یا ترکیب مجدد، باعث می‌شود قدرت کم بیماری زایی آنفولانزای مرغی به قدرت بالای بیماری زایی تبدیل شود.

عملکرد گلیکان متصل به O مشخص نیست، اما این عوامل می‌توانند یک «موسین شبه دومین» تولید کنند که بعنوان محافظ اپیتوپ‌ها عمل می‌کند. 

تئوری‌های منشاء SARS-CoV-2

ممکن نیست که SARS-CoV-2 از طریق آزمایشگاه‌ها مربوط به SARS-CoV به وجود آمده باشد. RBD در SARS-CoV-2 برای اتصال با ACE2 انسانی بهینه شده است. علاوه بر این، اگر یک دستکاری ژنتیکی صورت گرفته باشد، یکی از سیستم‌ها موجود بتاکرونا ویروس به‌خوبی قابلیت استفاده دارد. به‌هرحال، داده‌های ژنتیکی به طور قطع نشان می‌دهد که SARS-CoV-2 از هیچ نوع تیره ویروسی که پیش از این استفاده شده؛ به دست نیامده است. در عوض ما دو سناریو پیشنهاد دادیم که به خوبی منشا SARS-CoV-2 را توضیح می‌دهد:

اول، انتخاب طبیعی در حیوانات میزبان قبل از انتقال .بیماری مشترک بین انسان و حیوان

دوم، انتخاب طبیعی در انسان به دنبال انتقال بیماری مشترک بین انسان و حیوان.

ما در مورد اینکه چگونه انتخاب در دوران انتقال می‌تواند به تولید SARS-CoV-2 منجر شود هم بحث کردیم. 

1- انتخاب طبیعی در حیوان میزبان قبل از انتقال بیماری مشترک بین انسان و حیوان

همانطور که بسیاری از کیس‌های بیماری COVID-19 با بازار هوانان در ووهان مرتبط بودند، امکان اینکه که منبع حیوانی بیماری در این مکان وجود داشته باشد بسیار است. به دلیل شباهت‌هایی که SARS-CoV-2 با کروناویورس شبه SARS-CoV خفاش دارد، احتمالا خفاش بعنوان میزبان اجدادی این بیماری عمل می‌کند.

هرچند RaTG13 انتخاب شده از بین خفاش رینولوفوس افینیز، در 96 درصد موارد به عنوان [میزبان] SARS-CoV-2 شناخته شده است، اختلاف اساسی در RBD دارند که احتمال می‌دهد به ACE27 انسانی مربوط نباشد.

مورچه‌خوار فلس‌دار مالایی که به صورت غیرقانونی به استان گواندانگ وارد شده، شات کروناویروسی شبیه SARS-CoV-2 را در خود دارد. اگرچه ویروس خفاش RaTG13 نزدیک‌ترین مورد به SARS-CoV-2 در بین این ژنوم هست، برخی کروناویروس‌های مورچه خوار فلس دارد هم شباهت‌های بسیاری در RBD به SARS-CoV-2 دارند. همین امر به خوبی نشان می‌دهد که پروتئین پایه SARS-CoV-2 برای اتصال با ACE2 انسانی بهینه شده است آن هم به دلیل انتخاب طبیعی.

نه بتاکروناویروس خفاش و نه بتاکروناویروس مورچه‌خوار فلس‌دار محل‌های گسستگی چند قلیایی ندارند. هرچند هنوز هیچ کروناویروس حیوانی شناسایی نشده است که به طور کامل بعنوان جد SARS-CoV-2 شناخته شود، گوناگونی کروناویروس‌ها در خفاش‌ها و دیگر گونه‌های جانوری به طور کامل نمونه‌برداری شده‌اند.

موتاسیون، جاسازی و حذف می‌تواند در محل‌های اتصال S1 و S2 کروناویروس رخ دهد که خود نشان دهند این است که گسستگی چند قلیایی در طی فراینده تکامل طبیعی امکان پذیر است.

2- انتخاب طبیعی در انسان به دنبال انتقال بیماری مشترک بین انسان و حیوان

امکان دارد که جد SARS-CoV-2 به انسان منتقل شده، و در طی انتقال شناخته نشده انسان به انسان ساختار ژنتیکی فوق را کسب کرده باشد. زمانی که این انطباق را می‌پذیرد قادر خواهد بود پاندمی را مهار کند.

تمامی ژنوم‌های SARS-CoV-2 تاکنون ساختار ژنتیکی فوق را داشته و از یک جد مشترک منشا گرفته‌اند. وجود RBD بسیار شبیه نوع SARS-CoV-2 در مورچه‌ خوار به این معنی است که می توان استنباط کرد که این ویروس به انسان منتقل شده است. همین امر باعث می شود طی فراینده انتقال از انسان به انسان جاسازی گسستگی چند قلیایی نیز رخ داده باشد.

تخمین زمان به وجود آمدن جد SARS-CoV-2 با داده‌های اخیر می‌گوید که این ویروس اواخر نوامبر تا اویل دسامبر 2019 ظهور کرده است. البته این سناریو بر پایه یک دوره ناشناخته انتقال در انسان بین انتقال بیماری مشترک بین انسان و حیوان و اکتساب بخش گسستگی چند بازی بنا شده است. اگر انتقال های حیوان به انسان که در بازه زمانی گسترده زنجیره های کوتاه انتقال انسان به انسان را پدید می‌آورد وجود داشته باشد، فرصت‌ کافی برای این انتقال وجود دارد.

نتیجه

در میان بحران شیوع جهانی کووید 19، منطقی است که از منشا این پاندمی دچار تعجب شویم. اگر SARS-CoV-2 در یک گونه حیوانی دیگر تطبیق یافته یاشد، خطر رخداد دوباره این پاندمی وجود دارد. در مقابل، اگر فراینده تطابق در انسان اتفاق بیفتد، در آن صورت حتی اگر انتقال بین حیوان به انسان هم رخ دهد، بعید است بدون موتاسیون‌های مشابه خیز بردارد. به علاوه، شناسایی نزدیکترین خویشاوندان SARS-CoV-2 در حیوانات می تواند به این مطالعات کمک کند.

از سویی، هرچند مدارک نشان می‌دهد SARS-CoV-یک ویروس ساخت بشر نیست، نمی‌توان به آسانی دیگر تئوری‌ها را رد یا قبول کرد. البته، ما وجود SARS-CoV-2 نوع آزمایشگاهی را قبول نداریم.