في كل مرة ينتشر فيها مرض كبير ، يكون أحد الأسئلة الأولى التي يطرحها العلماء والجمهور هو: "من أين أتى هذا؟"

من أجل التنبؤ ومنع الأوبئة المستقبلية مثل COVID-19 ، يحتاج الباحثون إلى العثور على أصل الفيروسات التي تسببها. وهذا ليس بالأمر الهين. ال أصل فيروس نقص المناعة البشرية لم يكن واضحًا إلا بعد 20 عامًا من انتشاره حول العالم. لا يزال العلماء لا يعرفون أصل الإيبولا ، على الرغم من وجوده تسبب في أوبئة دورية منذ السبعينيات.

كبائع علي خبير في علم البيئة الفيروسي، كثيرًا ما يُسألون كيف يتتبع العلماء أصول الفيروس. في عملي ، وجدت العديد من الفيروسات الجديدة وبعض مسببات الأمراض المعروفة التي تصيب النباتات البرية دون التسبب في أي مرض. سواء كانت نباتية أو حيوانية أو بشرية ، فإن الأساليب متشابهة إلى حد كبير. يتضمن تعقب أصول الفيروس مزيجًا من العمل الميداني المكثف والاختبارات المعملية الشاملة وقليلًا من الحظ.

تنتقل الفيروسات من مضيفات الحيوانات البرية إلى البشر

تنشأ العديد من الفيروسات وعوامل الأمراض الأخرى التي تصيب البشر من الحيوانات. هذه الأمراض حيواني، بمعنى أنها تسببها فيروسات حيوانية قفزت إلى البشر وتكيفت لتنتشر بين البشر.

قد يكون من المغري بدء البحث عن الأصل الفيروسي عن طريق اختبار الحيوانات المريضة في موقع أول إصابة بشرية معروفة ، ولكن غالبًا لا تظهر على المضيفات البرية أي أعراض. تتكيف الفيروسات ومضيفوها مع بعضهم البعض بمرور الوقت ، لذلك لا تسبب الفيروسات غالبًا أعراض مرض واضحة حتى تحدث قفزت إلى نوع مضيف جديد. لا يمكن للباحثين فقط البحث عن الحيوانات المريضة.

مشكلة أخرى هي أن الناس وحيواناتهم الغذائية ليست ثابتة. المكان الذي عثر فيه الباحثون على أول شخص مصاب ليس بالضرورة قريبًا من المكان الذي ظهر فيه الفيروس لأول مرة. يتمثل التحدي في تتبع المنشأ الفيروسي في النطاق الواسع للعينات البشرية والحيوانية التي يتعين جمعها واختبارها. لويس ألفاريز / DigitalVision عبر Getty Images

في حالة COVID-19 ، كانت الخفافيش هي المكان الأول الواضح الذي يجب البحث فيه. إنهم مضيفون معروفون للعديد من فيروسات كورونا وهم المصدر المحتمل للأمراض الحيوانية المنشأ الأخرى مثل السارس و MERS.

بالنسبة لـ SARS-CoV-2 ، الفيروس المسبب لـ COVID-19 ، فإن أقرب أقرباء وجد العلماء حتى الآن هو BatCoV RaTG13. هذا الفيروس هو جزء من مجموعة من فيروسات الخفافيش التي اكتشفت في عامي 2011 و 2012 من قبل علماء الفيروسات من معهد ووهان لعلم الفيروسات. كان علماء الفيروسات يبحثون عن فيروسات كورونا ذات الصلة بالسارس في الخفافيش بعد جائحة SARS-CoV-1 في عام 2003. قاموا بجمع عينات من البراز ومسحات الحلق من الخفافيش في موقع في مقاطعة يوننان على بعد حوالي 932 ميلاً (1,500 كيلومتر) من مختبر المعهد في ووهان ، حيث أحضروا عينات لمزيد من الدراسة.

لاختبار ما إذا كانت فيروسات الخفافيش يمكن أن تنتشر إلى البشر ، أصاب الباحثون خلايا الكلى القرد و الخلايا المشتقة من الورم البشري مع عينات يونان. وجدوا أن عددًا من الفيروسات من هذه المجموعة يمكن أن يحدث تتكاثر في الخلايا البشرية، مما يعني أنه من المحتمل أن ينتقلوا مباشرة من الخفافيش إلى البشر دون مضيف وسيط. ومع ذلك ، لا تتواصل الخفافيش والناس بشكل مباشر في كثير من الأحيان ، لذلك لا يزال من المحتمل جدًا وجود مضيف وسيط.

البحث عن أقرب الأقارب

تتمثل الخطوة التالية في تحديد مدى الارتباط الوثيق بين فيروس الحياة البرية المشتبه به والفيروس الذي يصيب البشر. يقوم العلماء بذلك عن طريق اكتشاف التسلسل الجيني للفيروس ، والذي يتضمن تحديد ترتيب اللبنات الأساسية ، أو النيوكليوتيداتالتي تشكل الجينوم. وكلما زاد عدد النوكليوتيدات التي تشترك فيها تسلسلان جينيان ، زادت ارتباطهما ارتباطًا وثيقًا.

أظهر التسلسل الجيني لفيروس الخفافيش التاجي RaTG13 أنه قد انتهى 96٪ متطابقة إلى SARS-CoV-2. يعني هذا المستوى من التشابه أن RaTG13 قريب جدًا من SARS-CoV-2 ، مما يؤكد أن SARS-CoV-2 ربما نشأ في الخفافيش ، لكنه لا يزال بعيدًا جدًا عن أن يكون سلفًا مباشرًا. من المحتمل أن يكون هناك مضيف آخر أصيب بالفيروس من الخفافيش ونقله إلى البشر. من أجل العثور على المضيف الوسيط بين الخفافيش والبشر ، يتعين على الباحثين إلقاء شبكة كبيرة وأخذ عينات من العديد من الحيوانات المختلفة. AP Photo / Silvia Izquierdo

نظرًا لوجود بعض الحالات المبكرة من COVID-19 في الأشخاص المرتبطين بسوق الحياة البرية في ووهان ، كانت هناك تكهنات بأن حيوانًا بريًا من هذا السوق كان المضيف الوسيط بين الخفافيش والبشر. ومع ذلك ، الباحثون لم يعثر على فيروس كورونا في الحيوانات من السوق.

وبالمثل ، عندما تم تحديد فيروس كورونا ذي صلة في البنغول صادر في عملية لمكافحة التهريب في جنوب الصين ، قفز الكثيرون إلى استنتاج مفاده أن SARS-CoV-2 قد قفز من الخفافيش إلى البانجولين إلى البشر. ال فيروس البنغولين وجد أنه مطابق بنسبة 91٪ فقط لـ SARS-CoV-2 ، مما يجعل من غير المحتمل أن يكون سلفًا مباشرًا للفيروس البشري.

لتحديد أصل فيروس SARS-CoV-2 ، يجب جمع المزيد من العينات البرية. هذه مهمة صعبة - أخذ عينات من الخفافيش يستغرق وقتًا طويلاً ويتطلب احتياطات صارمة ضد العدوى العرضية. نظرًا لوجود فيروسات كورونا المرتبطة بالسارس في الخفافيش عبر آسيا، بما في ذلك تايلاند واليابان ، إنها كومة قش كبيرة جدًا للبحث عن إبرة صغيرة جدًا.

إنشاء شجرة عائلة لـ SARS-CoV-2

من أجل حل لغز الأصول الفيروسية والحركة ، لا يتعين على العلماء فقط العثور على القطع المفقودة ، ولكن أيضًا معرفة كيفية انسجامها جميعًا معًا. يتطلب ذلك جمع عينات فيروسية من الإصابات البشرية ومقارنة تلك التسلسلات الجينية مع بعضها البعض ومع الفيروسات الأخرى المشتقة من الحيوانات.

لتحديد كيفية ارتباط هذه العينات الفيروسية ببعضها البعض ، يستخدم الباحثون أدوات الكمبيوتر لبناء شجرة عائلة الفيروس ، أو علم تطور السلالات. يقارن الباحثون التسلسل الجيني لكل عينة فيروسية ويقيمون العلاقات من خلال محاذاة وترتيب أوجه التشابه والاختلاف الجينية.

يمكن اعتبار السلف المباشر للفيروس ، الذي يشترك في أكبر قدر من التشابه الجيني ، كوالد. المتغيرات التي تشترك في نفس تسلسل الوالدين ولكن مع تغييرات كافية لجعلها متميزة عن بعضها البعض مثل الأشقاء. في حالة SARS-CoV-2 ، فإن البديل الجنوب أفريقي B.1.351 والمتغير البريطاني B.1.1.7هم أشقاء.

إن بناء شجرة عائلة أمر معقد بسبب حقيقة أن معلمات التحليل المختلفة يمكن أن تعطي نتائج مختلفة: يمكن لنفس المجموعة من التسلسلات الجينية أن تنتج شجرتين مختلفتين تمامًا. تظهر تسلسلات النوكليوتيدات لستة فيروسات خيالية في الأعلى. يوجد أدناه شجرتان عائليتان من هذه الفيروسات تم إنشاؤهما باستخدام برنامجين مختلفين. تستخدم الشجرة الموجودة على اليسار هوية النسبة المئوية فقط ، بينما تأخذ الشجرة الموجودة على اليمين أيضًا في الاعتبار ما إذا كان التسلسلان يتشاركان في أحرف متشابهة. مارلين روسينك ، CC BY-ND

بالنسبة لـ SARS-CoV-2 ، ثبت أن تحليل النشوء والتطور صعب بشكل خاص. رغم ذلك عشرات الآلاف من متواليات SARS-CoV-2 متوفرة الآن ، فهي لا تختلف عن بعضها البعض بما يكفي شكل صورة واضحة عن كيفية ارتباطهم ببعضهم البعض.

الجدل الحالي: مضيف جامح أم انتشار معمل؟

هل تم إطلاق SARS-CoV-2 من معمل الأبحاث؟ برغم من الدليل الحالي اقترح 18 من علماء الفيروسات البارزين مؤخرًا أن هذا ليس هو الحال مزيد من التحقيق.

على الرغم من وجود تكهنات حول هندسة SARS-CoV-2 في المختبر ، إلا أن هذا الاحتمال يبدو مستبعدًا للغاية. عند مقارنة التسلسل الجيني لـ RaTG13 البري مع SARS-CoV-2 ، تنتشر الاختلافات بشكل عشوائي عبر الجينوم. في الفيروسات المُهندَسة ، ستكون هناك كتل واضحة من التغييرات التي تمثلها قدم التسلسلات من مصدر فيروسي مختلف.

[احصل على أفضل قصصنا العلمية والصحية والتكنولوجية. اشترك في النشرة الإخبارية العلمية للمحادثة.]

هناك تسلسل فريد واحد في جينوم SARS-CoV-2 يرمز إلى جزء من البروتين الشائك الذي يبدو أنه يلعب دورًا مهمًا في إصابة الناس. ومن المثير للاهتمام ، أن تسلسلًا مشابهًا موجود في فيروس كورونا يسبب مرضًا مشابهًا لـ COVID-19.

على الرغم من أنه ليس من الواضح كيف اكتسب SARS-CoV-2 هذه التسلسلات ، إلا أن التطور الفيروسي يشير إلى أنها نشأت من عمليات طبيعية. الفيروسات تتراكم التغييرات إما عن طريق التبادل الجيني مع الفيروسات الأخرى ومضيفيها ، أو عن طريق الأخطاء العشوائية أثناء التكاثر. الفيروسات التي تكتسب تغييرا جينيا يعطيها ميزة التناسلية ستستمر عادةً في تمريرها عبر النسخ المتماثل. إن مشاركة MERS و SARS-CoV-2 في تسلسل مماثل في هذا الجزء من الجينوم يشير إلى أنه تطور بشكل طبيعي في كليهما وانتشر لأنه يساعدهما على إصابة الخلايا البشرية.

أين أذهب من هنا؟

يمكن أن يعطينا اكتشاف أصل SARS-CoV-2 أدلة لفهم الأوبئة المستقبلية والتنبؤ بها ، لكننا قد لا نعرف أبدًا من أين أتت بالضبط. بغض النظر عن الكيفية التي قفز بها فيروس SARS-CoV-2 إلى البشر ، فهو موجود الآن ، ومن المحتمل أنه موجود لتبقى. للمضي قدمًا ، يحتاج الباحثون إلى مواصلة مراقبة انتشاره ، وتلقيح أكبر عدد ممكن من الأشخاص.

نبذة عن الكاتب