Pátranie po pôvode SARS‑CoV‑2
Epidémia ochorenia covid-19, ktorá vypukla v čínskom meste Wu-chan v decembri 2019, za tri mesiace prerástla do celosvetovej pandémie. Rýchle šírenie pandémie po celom svete zákonite vyvoláva tlak na zodpovedanie naliehavých otázok: Aký je pôvod vírusu SARS‑CoV‑2? Vznikol prirodzeným vývojom, alebo unikol z laboratória? A nie je to len samoúčelná zvedavosť. Keď budeme poznať pôvod vírusu, možno nám to pomôže predchádzať budúcim koronavírusovým epidémiám a pandémiám.
Proces hľadania kvalifikovaných odpovedí na nastolené otázky sa podobá práci detektívov pátrajúcich po páchateľovi. V úlohe detektívov sa tu ocitli vedci, v úlohe páchateľa nový koronavírus. Pozrime sa, v akom štádiu je pátranie po viac ako dvoch rokoch od objavu vírusu.
Po akom víruse sa pátra?
Veľa pacientov z Wu-chanu malo vzťah k preľudnenému mokrému trhu Chua-nan, kde sa predávali domáce a voľne žijúce zvieratá a potravinové produkty z nich. Čínski vedci už v priebehu 2–3 týždňov zistili, že epidémiu spôsobil nový koronavírus, ktorý neskôr dostal pomenovanie SARS‑CoV‑2. Začiatkom januára 2020 vedci prečítali vírusovú genetickú informáciu, ktorá pomohla poodhaliť jeho genetické tajomstvo.
Genetická informácia nového koronavírusu je zakódovaná v molekule RNA s dĺžkou asi 30 000 nukleotidov. Z viacerých vírusových génov najväčšiu pozornosť upútava S-gén, ktorý kóduje S-proteín (spike proteín). Ten tvorí na povrchu vírusového proteínového obalu hroty viditeľné elektrónovým mikroskopom. S-proteín tvorí reťazec 1273 aminokyselín a obsahuje doménu RBD (receptor binding domain), ktorá pozostáva z približne 200 aminokyselín. Vírus sa pomocou tejto domény viaže na ACE2 receptor ľudských buniek, s následným prienikom patogénu do bunky, kde sa množí. V RBD bolo zistených šesť kľúčových aminokyselín, veľmi dôležitých pre väzbu vírusu na bunku. Ďalšou dôležitou oblasťou S-proteínu je štiepne miesto pre furínovú proteázu. Tvoria ho štyri aminokyseliny (RRAR – arginín, arginín, alanín, arginín) ako výsledok inzercie dvanástich nukleotidov do genómu SARS‑CoV‑2. Tento bunkový enzým štiepi S-proteín na dve časti, čím zabezpečuje podmienky infekčnosti a patogenity vírusu, a teda jeho rýchle šírenie v ľudskej populácii.
„Vedeckí detektívi“ dostali presne vymedzené zadanie: Pátrať po pôvode koronavírusu, ktorý má v S-proteíne špecifickú RBD doménu obsahujúcu šesť kľúčových aminokyselín s väzbou na ľudské bunky. Okrem toho má štiepne miesto furínovej proteázy. Nový vírus by mal byť na 99–100 % identický so SARS‑CoV‑2.
Pátranie začalo priamo v epicentre
Až 55 % prípadov ochorení na covid-19 v decembri 2019 malo aspoň nejaký vzťah k mokrému trhu Chua-nan vo Wu-chane. Pacienti na ňom pracovali, navštívili ho, alebo prišli do styku s osobou z mokrého trhu. Podobne to bolo v prípade epidémie SARS, ktorá vypukla v Číne v roku 2003, tiež mala vzťah k miestnemu mokrému trhu. Prehustený 11miliónový Wu-chan a úzky kontakt so zvieratami na mokrom trhu vytvorili predpoklady na masívne šírenie koronavírusovej epidémie. Nezanedbateľný je fakt, že v roku 2019 sa v Číne vyskytol africký mor ošípaných, v dôsledku čoho utratili 150 miliónov prasiat. Potreba konzumného mäsa sa kompenzovala dodávaním potravinových produktov z voľne žijúcich zvierat, čím sa výrazne zvýšilo riziko kontaktu ľudí s nimi. Medzinárodná komisia WHO, ktorá pracovala spolu s čínskymi vedcami vo Wu-chane v prvej polovici roku 2020, zistila, že z 923 environmentálnych vzoriek a sterov odobratých na mokrom trhu Chua-nan bolo 73 pozitívnych na SARS‑CoV‑2, čo potvrdzovalo, že sa tam uvedený vírus výrazne množil. Naproti tomu, vzorky kostí a mäsa zvierat z trhu, ako aj 80 000 analyzovaných vzoriek z divých zvierat, dobytka a hydiny z 31 provincií bolo negatívnych, podobne ďalšie vzorky z 5000 prasiat, 131 kráv, 368 oviec a 6593 kusov hydiny. Toto množstvo vzoriek je však pomerne malé a stále je tu priestor na analýzu oveľa väčšieho súboru.
Pátranie medzi koronavírusmi netopierov
Už po objave nového koronavírusu epidemiológovia a virológovia vychádzali z predpokladu, že SARS‑CoV‑2 by mohol pochádzať z netopierích vírusov, teda je zoonotického pôvodu (Vesmír 99, 348, 2020/6). Veď aj koronavírusová epidémia SARS mala pôvod u netopierov, rovnako epidémia MERS z rokov 2012–2013 na Blízkom východe. Hneď po osekvenovaní genómu SARS‑CoV‑2 boli genetické údaje porovnané so sekvenciami netopierích koronavírusov a fylogenetický strom jasne ukázal blízky vzťah medzi nimi. Všetko naznačovalo, že koronavírus netopierov by mohol byť predchodcom SARS‑CoV‑2. Krátko nato vedci z virologického ústavu vo Wu-chane získali pri analýze netopierích koronavírusov sekvenciu celého genómu jedného zaujímavého koronavírusu s označením RaTG13. Mal až 96,1 % identických sekvencií s genómom SARS‑CoV‑2. Napriek vysokej identite, netopierí vírus neobsahoval RBD podobnú pandemickému koronavírusu a nemal ani štiepne miesto pre furínovú proteázu. Genóm RaTG13 sa líšil od SARS‑CoV‑2 až v 1200 nukleotidoch, takže by mu trvalo okolo 40 rokov, než by sa vyvinul na ľudský koronavírus.
Pátranie po príbuzných koronavírusoch pri netopieroch pokračovalo ďalej. Rôzne vedecké skupiny analyzovali vzorky z netopierov nielen v Číne, ale aj v okolitých krajinách. Analýza vzoriek z Thajska, Kambodže a Japonska odhalila, že netopierie koronavírusy identické viac ako na 90 % so SARS‑CoV‑2 nie sú na ázijskom kontinente vzácne, ale ani jeden z nich nemal identitu, aká bola zistená v prípade RaTG13. Viac nádeje priniesla nedávna analýza netopierích vzoriek z Laosu. Medzi koronavírusmi vedci našli vírus Banal-52, ktorý bol na úrovni celého genómu až na 96,8 % identický so SARS‑CoV‑2, pričom v S-géne to bolo 94,6 %, asi o dve percentá viac ako pozorovali pri RaTG13. Obzvlášť zaujímavé je, že všetkých šesť kľúčových aminokyselín v RBD bolo identických so SARS‑CoV‑2. Tento netopierí koronavírus sa viazal na ľudské bunky a v laboratórnych podmienkach väzba bola blokovaná ľudskými špecifickými protilátkami. Ale ani v tomto prípade nemožno konštatovať, že SARS‑CoV‑2 pochádza priamo z Banal-52, lebo evolučná vzdialenosť je stále pomerne veľká. A chýbalo mu aj štiepne miesto pre furínovú proteázu.
Z vedeckých výskumov vírusov je známe, že štiepne miesto pre furínovú proteázu sa môže v S-proteíne vyvinúť v priebehu evolúcie, či už pri infekcii zvierat, alebo ľudí, aby vírus zvýšil svoju infekčnosť, a tým sa rýchlejšie množil v infikovaných bunkách. V ríši netopierích koronavírusov, ale aj iných vírusov, sú známe vírusy s týmto miestom, ktoré je dokonca efektívnejšie ako pri SARS‑CoV‑2. Aj v prípade niektorých vysoko virulentných kmeňov vírusu chrípky sa vyvinulo takéto miesto. Prečo by sa to nemohlo stať aj v prípade SARS‑CoV‑2?
Z pátrania medzi netopierími koronavírusmi vyplynulo, že dôležité komponenty pozorované v S-proteíne SARS‑CoV‑2, ako sú špecifická doména RBD, jej kľúčové aminokyseliny, schopnosť vírusu viazať sa na ľudský receptor, štiepne miesto pre furínovú proteázu, sa nachádzajú aj pri niektorých iných koronavírusoch. To všetko sú dôležité míľniky na ceste k hľadaniu pôvodu SARS‑CoV‑2.
Pátranie po medzihostiteľovi
Na svojej evolučnej ceste mohol predchodca SARS‑CoV‑2 využiť medzihostiteľské zviera. Takýto scenár je známy pri epidémiách SARS a MERS. Netopierí koronavírus, ktorý sa podieľal na epidémii SARS, najprv infikoval cibetky, v nich sa evolučne adaptoval a výsledný koronavírus SARS-CoV následne infikoval ľudí. Aj epidémia MERS bola vyvolaná koronavírusom (MERS-CoV) s pôvodom v netopieroch. Ten sa cez ťavy adaptoval do formy schopnej smrteľne infikovať ľudí. V prípade iného koronavírusu pochádzajúceho z hlodavcov bol medzihostiteľom hovädzí dobytok a adaptovaný vírus bol potom schopný infikovať ľudí.
Niektoré koronavírusy využívajú na svoje šírenie ďalšiu schopnosť – výmenu časti genetickej informácie medzi dvoma koronavírusmi, ktoré súčasne infikujú bunku. Tomuto javu, v prírode vôbec nie vzácnemu, hovoríme rekombinácia. Vznikajú tak akési mozaikovité koronavírusy zložené z častí dvoch, niekedy aj viacerých vírusov.
Vo svetle uvedených poznatkov sa ponúkajú ďalšie možnosti vzniku SARS‑CoV‑2 na prírodnej báze. Jedna z nich je existencia medzihostiteľa, t. j. zvieraťa, kde sa netopierí koronavírus môže adaptovať do podoby nebezpečnej pre človeka. Už na začiatku takto zameraného výskumu sa zistilo, že niektoré koronavírusy infikujúce šupinavce (zvieratá živiace sa mravcami, česky luskouni) majú S-proteín s RBD doménou, v ktorej je všetkých šesť kľúčových aminokyselín zodpovedných za väzbu vírusu na bunku identických so SARS‑CoV‑2. To ihneď viedlo k úvahe, že SARS‑CoV‑2 by mohol byť výsledkom rekombinácie v S-géne medzi netopierím koronavírusom a koronavírusom šupinavcov, pričom adaptovaný rekombinantný vírus potom infikoval človeka.
Nesporne príťažlivú úvahu však neprijala významná časť vedcov. Argumentovali tým, že poznatky pochádzajú z výskumu na limitovanom súbore vzoriek, šupinavce môžu ochorieť po koronavírusovej infekcii, čo sa v prípade medzihostiteľa nestáva, ako aj tým, že koronavírus šupinavcov je len na 90 % identický so SARS‑CoV‑2. Jeho S-proteín a RBD majú tieto hodnoty ešte nižšie. Chýba mu aj štiepne miesto pre furínovú proteázu. Výskum pokračuje a za možných medzihostiteľov sa považujú norky, psíky medvedíkovité, cibetky a iné zvieratá.
Pátranie po úniku z laboratória
Časť laickej, ale aj minoritná časť vedeckej komunity verí, že laboratórne upravený vírus unikol z virologického ústavu vo Wu-chane. Pomohli tomu aj politické vyhlásenia amerického prezidenta Trumpa, zapojenie amerických spravodajských služieb do vyšetrovania možného úniku vírusu a podpora časti médií. Prehodnoťme z vedeckého pohľadu argumenty tohto názorového spektra.
Krátko po vypuknutí epidémie vo Wu-chane sa vynorila zaujímavá informácia. V roku 2013 ochorelo šesť baníkov, ktorí zbierali netopierie exkrementy v medenej bani Mo-ťiang v provincii Jün-nan vzdialenej asi 1500 km od Wu-chanu, pričom traja zomreli na atypickú pľúcnu pneumóniu. Na zistenie pôvodu možného patogénu vedci z Wu-chanu odobrali vzorky, no pôvod ochorenia baníkov nezistili. V exkrementoch netopierov však zistili rôzne koronavírusy. Neskôr v jednej vzorke identifikovali už spomínaný koronavírus RaTG13, ktorý, ako sa ukázalo, mal 96,1 % identitu so SARS‑CoV‑2. Začalo sa špekulovať, že baníci v roku 2013 zomreli na infekciu SARS‑CoV‑2.
Zástancom tejto úvahy neprekážalo, že RaTG13 bol dosť evolučne vzdialený od SARS‑CoV‑2. Na preklenutie tejto medzery vznikla teória o zrýchlenej evolúcii RaTG13 na SARS‑CoV‑2, ktorú seriózni vedci nikdy neprijali. Špekulovalo sa aj o tom, že s vírusom sa v laboratóriu intenzívne pracovalo, pričom úmyselne alebo neúmyselne unikol z týchto priestorov. Zdôraznime, že únik vírusu z laboratória je teoreticky možný v prípade, keď ho je dostatočné množstvo, teda keď ho vedci v laboratóriu pomnožia na bunkových kultúrach. Doterajšie fakty poukazujú na to, že RaTG13 nikdy vo wu-chanskom ústave nekultivovali. Laboratórium síce kultivovalo niekoľko koronavírusov, ale tie neboli geneticky príbuzné so SARS‑CoV‑2. Nápad, že prírodný vírus vo vzorke odobratej vedcami vo vzdialenej časti Číny bol nechtiac vynesený z laboratória do mesta infikovaným vedeckým pracovníkom, kde sa nekontrolovane šíril, nemá racionálne vedecké jadro. Veď infekcia sa nerozšírila medzi obyvateľmi v oblasti medenej bane, ktorí boli v kontakte s netopiermi a ich exkrementmi. Dodajme, že podľa správy komisie WHO z marca 2020 žiaden pracovník virologického laboratória vo Wu-chane, vedeného Š’ Ceng-li, nemal v krvi protilátky proti SARS‑CoV‑2, teda nebol ním infikovaný.
Ďalšie úvahy boli založené na predpoklade cielených analýz a umelých modifikácií vírusového genómu (gain‑of‑function výskum), hlavne RBD domény, v laboratóriu, aby sa zistilo, ako sa koronavírus viaže na ľudské bunky. Nedokázalo sa, a ani indície to nenaznačujú, že by laboratórium vo Wu-chane robilo takýto výskum na koronavíruse geneticky veľmi príbuznom SARS‑CoV‑2.
Nepotvrdené hypotézy
Zdanlivý dôkaz indických vedcov, že genóm SARS‑CoV‑2 kóduje krátke úseky aminokyselín v S-proteíne, ktoré tam zostali pri genetickej príprave vakcíny proti aidsu, bol na prvý pohľad dosť znepokojujúci. Túto teóriu podporil aj laureát Nobelovej ceny Luc Montagnier, objaviteľ vírusu HIV. Uvedená informácia bola vyvrátená počítačovou analýzou genómov koronavírusov, ako aj iných vírusov, v ktorých sa našli podobné sekvencie, čo naznačuje, že sú prírodného pôvodu.
Štiepne miesto furínovej proteázy v S‑géne SARS‑CoV‑2 má dva pomerne vzácne triplety CGG, ktoré kódujú dve molekuly aminokyseliny arginín. Podľa niektorých vedcov vrátane Davida Baltimora, laureáta Nobelovej ceny, to mohol byť indikátor umelého zásahu do vírusového genómu. Opäť, z hlbších genetických analýz vyplynulo, že tento triplet sa nachádza aj v iných prírodných vírusoch vrátane niektorých koronavírusov. Prípadné umelé vsunutie tripletov do vírusového genómu je pod silným evolučným tlakom, takže v priebehu množenia vírusu sa vsunutá informácia zvyčajne stráca. Doteraz osekvenované SARS‑CoV‑2 izoláty, a je ich viac ako dva milióny, majú tieto triplety na rovnakom mieste, čo potvrdzuje ich prirodzený pôvod.
Jaroslav Flegr, český parazitológ a evolučný biológ, tiež podporuje teóriu neúmyselného úniku vírusu z laboratória. Predpokladá, že medzi stovkami koronavírusových vzoriek, ktoré laboratórium vo Wu-chane doteraz zozbieralo, bol aj SARS‑CoV‑2. Táto kontroverzná úvaha má ďaleko od vedeckého faktu, je len na úrovni osobnej hypotézy. Otázne je, či by mal vedec vo verejných médiách prezentovať laickej komunite svoje nepodložené názory diskutabilnej povahy.
Soňa Peková, česká genetička, sa hneď na začiatku epidémie covidu-19 poponáhľala s konštatovaním, že v nekódujúcej oblasti genómu (podľa nej vo „velíne“) nového koronavírusu, ktorá riadi množenie vírusu, našla dovtedy nepozorované sekvencie odlišné od SARS-CoV, pôvodcu epidémie z roku 2003. Nuž, každý, kto pracuje s nukleotidovými sekvenciami, pozoroval, že vzdialené vírusy, ako sú SARS-CoV a SARS‑CoV‑2, sa musia líšiť aj v tejto oblasti genómu. Výroky o uvoľňovaní mutantov SARS‑CoV‑2 z „nejakej jaskyne“ sú už za červenou čiarou vedeckých debát.
Vedecká súvaha teórií o pôvode SARS‑CoV‑2
Zoonotický pôvod SARS‑CoV‑2 podporuje poznanie, že všetky doterajšie koronavírusové a iné vírusové epidémie, ktoré sužovali ľudstvo, akými sú napr. SARS, MERS, ebola, besnota (česky vzteklina), chrípka, Nipah infekcia a iné, sú primárne zvieracieho pôvodu. Prečo by to nemohlo byť aj v prípade covidu-19, keď už sedem rôznych koronavírusov predtým infikovalo ľudí? Viaceré z nich pochádzajú z netopierích koronavírusov. Ako sa ukazuje, niektoré koronavírusy netopierov majú v S-proteíne aj veľmi podobnú doménu RBD alebo štiepne miesto furínovej proteázy.
Na druhej strane, doteraz sa nenašiel prírodný koronavírus, ktorý by bol identický so SARS‑CoV‑2, lebo všetky identifikované koronavírusy sú vzdialené desiatky rokov evolúcie. Môže to byť spôsobené aj tým, že doteraz sa analyzovali iba malé súbory zvieracích vzoriek. Zatiaľ nepoznáme ani prípadného medzihostiteľa koronavírusu, ktorý by „upravil“ vírus do podoby schopnej infikovať ľudí. Prekvapuje aj to, že nepozorujeme nové vlny infekcie u ľudí spôsobené opätovnou infekciou z medzihostiteľa. Možno je to preto, že SARS‑CoV‑2 sa dostatočne adaptoval a nepotrebuje, dokonca konkurenčne potláča ďalšiu „podporu“ vírusu z medzihostiteľa. Významní vedci sa postavili za teóriu o zoonotickom pôvode vírusu. Túto teóriu podporuje aj autor článku. Podľa komisie WHO zoonotický pôvod SARS‑CoV‑2 je možný až pravdepodobný a vývoj vírusu cez zvieracieho medzihostiteľa je pravdepodobný alebo až vysoko pravdepodobný. Niektorí čínski vedci presadzujú teóriu, že SARS‑CoV‑2 nemá pôvod v Číne, ale mohol sa tam dostať s importovaným mrazeným mäsom. Medzinárodná vedecká komunita je k tejto teórii pomerne skeptická.
Vzhľadom na to, že pandémia vznikla vo Wu-chane, kde je známy virologický ústav, v ktorom sa skúmajú koronavírusy, teória o úniku vírusu z laboratória sa priam ponúka. Tým skôr, že viaceré úniky vírusov zo svetových laboratórií už boli vedecky dokázané, napr. SARS-CoV, MERS‑CoV a aj vírus chrípky pri výrobe vakcíny. Ale všetky úniky boli spojené s tým, že vírus bol kultivovaný v laboratóriu na veľké množstvá, čo v prípade SARS‑CoV‑2 nie je známe. Neexistujú dôkazy ani indície, že by ústav vo Wu-chane s týmto alebo veľmi podobným vírusom niekedy pracoval. Špekulácie o postupnej zmene geneticky bližšieho koronavírusu na SARS‑CoV‑2 počas mnohonásobného množenia na bunkových kultúrach, t. j. pasážovaní vírusu, zostávajú v rýdzo teoretickej rovine. Veď vedci už našli prírodné koronavírusy, pri ktorých evolúcia vygenerovala genetické komponenty, ako je RBD s kľúčovými aminokyselinami alebo aj furínové štiepne miesto, značne podobné ako v prípade SARS‑CoV‑2.
Menšia časť vedcov má však stále podozrenie, zdôraznime, že bez exaktných dôkazov, o možnom úniku SARS‑CoV‑2 z laboratória. Túto teóriu nepriamo podporoval aj fakt, že prvý pacient (pacient „0“), ktorý ochorel na covid-19 vo Wu-chane, bol úradník, ktorý nemal žiadny vzťah k mestskému mokrému trhu. Avšak v polovici novembra 2021 sa v časopise Science objavila správa, že pacientom „0“ nie je zmienený úradník, ale žena, ktorá pracovala na mokrom trhu Chua-nan, čo silne otriaslo teóriou o úniku vírusu z laboratória.1) Prekvapujúco, výsledok šetrenia publikoval vedec, ktorý obhajoval uvedenú teóriu, ale pod tlakom vlastných zistení svoj názor zmenil.
Podrobnejšie analýzy genetických sekvencií SARS‑CoV‑2 z prvého ohniska nákazy vo Wu-chane v decembri 2019 odhalili, že tvorili dve fylogenetické vetvy A a B, líšiace sa len v dvoch nukleotidoch. Vírusové varianty vetvy B sa vyskytovali na mokrom trhu Chua-nan, varianty z vetvy A boli identifikované na inom mokrom trhu. Kým varianty z vetvy A cirkulovali len v Číne, varianty z vetvy B sa rozšírili do celého sveta. Možno špekulovať, či sa varianty z vetvy B vyvinuli z vetvy A, alebo opačne, ale namieste je aj úvaha, že ide o dva nezávislé prírodné prieniky vírusu do ľudskej populácie, čo by značne oslabovalo špekulácie o úniku vírusu z laboratória. Komisia WHO vo svojej správe uzavrela, že umelý pôvod alebo únik SARS‑CoV‑2 z laboratória je vysoko nepravdepodobný.
Niektorí dobiedzaví odborníci tento záver spochybňujú tým, že komisia napr. nekontrolovala laboratórne záznamy vo wu-chanskom laboratóriu a čínski politici neboli až takí ústretoví k práci komisie WHO, čo len vyvolalo zbytočné pochybnosti. Pracovníci spravodajských služieb, ktorých poveril prezident Biden vyšetrením pôvodu pandemického koronavírusu, uzavreli, že vírus nie je biologickou zbraňou, asi nie je výsledkom genetických manipulácií a je najskôr prírodného pôvodu. Zatiaľ jednoznačne nedokázali jeho únik z laboratória. WHO už formuje novú komisiu SAGO (Scientific Advisory Group for Origins of Novel Pathogens – vedecká poradná komisia na zisťovanie pôvodu nových patogénov), ktorá má vycestovať do Wu-chanu, aby podrobnejšie preskúmala možný únik vírusu z laboratória. Čínske autority argumentujú, že je to totálna ignorácia doterajších vedeckých poznatkov o víruse.
Predbežný záver pátrania
Doterajšie vedecké poznatky silne nakláňajú misky pomyselných váh o pôvode SARS‑CoV‑2 na stranu zoonotického pôvodu vírusu. Úvaha o úniku vírusu z laboratória je vo vedeckej obci v minoritnom zastúpení a nové dôkazy nepribúdajú, skôr stále ubúdajú. Niet pochýb o tom, že pôvod vírusu je výsostne odborným problémom a keď necháme vedcov pokojne pracovať a dáme im potrebný časový priestor na hľadanie objektívnej pravdy, zložitá vedecká detektívka sa úplne rozuzlí…
Poznámky
1) Worobey M.: Science, 2021, DOI: 10.1126/science.abm4454.
Ke stažení
- článek ve formátu pdf [430,79 kB]