Jak wirusy przeskakują z dzikich zwierząt na ludzi

Wirus Zika jest jednym z kilku wirusów, które przeniosły się z dzikich zwierząt na ludzi. Źródło: Kateryna Kon//Science Photo Library/Getty Images

Wirusy są precyzyjnie dostosowane do swoich żywicieli, ale mutacje mogą tworzyć i stworzyły szczepy, które mogą przeskoczyć ze zwierząt na ludzi. Sara Sawyer, wirusolog z Instytutu BioFrontiers na Uniwersytecie Kolorado w Boulder, rozmawiała z Nature o tym, co musi zrobić wirus, aby dokonać skoku między gatunkami oraz opisała niepokojące odkrycie dotyczące przyszłego zagrożenia, którego dokonało jej laboratorium.

W jaki sposób wirusy zwierzęce zarażają ludzi?

Większość wirusów zwierzęcych nie może zarazić ludzi - cały czas połykamy wirusy, a większość z nich po prostu przez nas przechodzi. Aby wyrządzić nam krzywdę, wirus musi przedostać się do naszych komórek, aby mógł wykorzystać je jako fabrykę do produkcji większej ilości swoich kopii. Aby to zrobić, wirusy zwierzęce muszą wykonać kilka sztuczek.

Po pierwsze, muszą omijać wszystkie aspekty naszego układu odpornościowego - nie jest to łatwe zadanie. Po drugie, muszą replikować się w naszych komórkach. Rzadko zdarza się, aby wirus, który ewoluował pod selektywną presją zwierzęcego gospodarza, po prostu wskoczył na człowieka i był w stanie zrobić to wszystko.

Czy wirusy zwierzęce mogą replikować się w ludzkich komórkach?

Prawie nigdy. Wirusy wchodzą w interakcje z dziesiątkami, setkami białek gospodarza, aby się replikować. Wirusy zwierzęce są przystosowane do wykorzystywania zwierzęcych wersji tych białek, a nie ludzkich. Jednak w rzadkich przypadkach, gdy wirus zwierzęcy może replikować się nawet słabo w ludzkiej komórce, jest to niepokojące - w momencie, gdy masz wirusa zdolnego do replikacji, masz wirusa, który może ewoluować.

Błędy popełniane podczas kopiowania genomu przez wirusy są pożywką dla ewolucji. Replikujący się wirus zwierzęcy może gromadzić mutacje, które sprawiają, że lepiej wykorzystuje ludzką komórkę jako fabrykę replikacji lub jest w stanie lepiej omijać ludzkie mechanizmy obronne. A gdy wirus zwierzęcy znajdzie się w człowieku, dobór naturalny będzie działał na korzyść mutacji, które sprawią, że wirus odniesie sukces. Niektóre wirusy zwierzęce będą o 50 mutacji od możliwości replikacji u ludzi - inne mogą być tylko o jedną mutację dalej.

Jak sprawdzić, czy wirus zwierzęcy jest bliski przeniesienia się na ludzi?

Aby zrozumieć, które wirusy są o włos od możliwości rozwoju u ludzi, musimy ustalić, ile przeszkód wirus musi pokonać - ile etapów replikacji wirusa nie działa u ludzi i ile naszych blokad immunologicznych jest aktywnych.

Na przykład możemy najpierw sprawdzić, czy wirus może połączyć się z receptorem na ludzkich komórkach, aby się do niej dostać. Jednym ze sposobów jest pobranie linii komórkowej od zwierzęcego gospodarza, wyeliminowanie receptora używanego przez wirusa i zastąpienie go ludzką wersją. Jeśli wirus może nadal replikować się na normalnym poziomie, oznacza to, że może dobrze łączyć się z ludzkim receptorem. Jeśli uzyskamy tylko 50% oczekiwanej replikacji, oznacza to, że ludzka wersja działa dla tego wirusa, ale nie jest idealna. A jeśli nie widzimy replikacji, oznacza to, że wirus nie może jeszcze łączyć się z receptorem.

Możemy powtórzyć ten proces z każdym białkiem, o którym wiemy, że może być ważne dla każdego zadania, które wirus musi wykonać, zastępując je pojedynczo. Pozwala nam to określić, co powstrzymuje wirusa przed replikacją w ludzkich komórkach i odróżnić wirusy, które muszą pokonać tylko jedną lub dwie przeszkody, od tych, które są daleko od celu.

Które wirusy są bliskie przeniknięcia na ludzi?

Szczególnie interesujące są wirusy infekujące ssaki naczelne. Ssaki naczelne zapewniają środowisko fizjologiczne tak podobne do naszego, że raz po raz widzimy, jak wirusy naczelnych przeskakują na ludzi – wirusy Zika, HIV i denga pochodzą od naczelnych.

Niedawno badaliśmy rodzinę wirusów zwanych arteriwirusami małpimi, o których niewiele wiadomo. Wirusy te mają zadziwiające podobieństwa do wirusów niedoboru odporności małp, które dały początek wirusowi HIV i pandemii AIDS. Podobnie jak HIV, te małpie arteriwirusy mogłyby być bardzo śmiertelne, gdyby przedostały się do ludzi, a nasze badania sugerują, że mogą być do tego zdolne.

Co odkryliście na temat zdolności arteriwirusów małpich do przenoszenia się na ludzi?

Arteriwirusy małpie są endemiczne dla niektórych gatunków afrykańskich naczelnych. W ośrodkach dla naczelnych żyjących w niewoli wirusy te doprowadziły do wybuchu epidemii, które powodują gorączkę krwotoczną i śmierć. Użyliśmy wirusa gorączki krwotocznej małp (SHFV) jako przedstawiciela tej rodziny wirusów i najpierw zidentyfikowaliśmy CD163 jako receptor, którego używa do wnikania do komórek. Nie byliśmy zadowoleni, widząc, że ludzka wersja jest całkowicie funkcjonalna dla wirusa.

Następnie zapytaliśmy, czy SHFV może wykorzystywać wszystkie inne mechanizmy ludzkiej komórki do replikacji. Nie tylko znaleźliśmy ludzkie linie komórkowe, w których mógł to robić, ale także w jednym przypadku SHFV wytworzył astronomiczną liczbę swoich kopii. Następnie wykazaliśmy, że w co najmniej jednym typie komórek SHFV wydaje się być odporny na odpowiedź interferonową, kluczowy składnik odporności wrodzonej. Ostatnią pozycją na naszej liście kontrolnej jest adaptacyjny układ odpornościowy, taki jak przeciwciała, który, miejmy nadzieję, uratowałby sytuację, gdyby wydarzyło się najgorsze. Niestety, podobnie jak HIV, SHFV jest częścią grupy wirusów, na którą ludzie nie mają odporności.

Co powinniśmy w związku z tym zrobić?

Musimy wypatrywać infekcji arteriwirusami u ludzi, których jak dotąd nigdy nie zaobserwowano. Na przykład moglibyśmy przeprowadzić badania krwi u ludzi w regionach Afryki, gdzie naczelne są endemicznie zakażone arteriwirusami, aby sprawdzić, czy ktoś ma przeciwciała przeciwko tym wirusom - jeśli tak, sugerowałoby to wcześniejszą infekcję. Niestety, nie ma jeszcze testów na obecność przeciwciał dla tych wirusów.