چرا و تا کجا کرونا ویروس جهش پیدا می‌کند

همه گیری  COVID-19نمایشی چشمگیر از تکامل در عمل است. نظریه تکامل بسیاری از آن چه قبلاً اتفاق افتاده را توضیح می دهد، آن چه در آینده اتفاق می افتد را پیش بینی می کند و نشان می دهد که کدام استراتژی های مدیریتی احتمالاً مؤثرترین هستند.
 
به عنوان مثال، تکامل توضیح می دهد که چرا نوع دلتا سریع تر از سویه ووهان گسترش می یابد. این نظریه توضیح می دهد که چه چیزی ممکن است با انواع آینده ببینیم. و نیز نشان می دهد که چگونه می توان اقدامات بهداشت عمومی را برای پاسخگویی افزایش داد.
 با توجه به تعداد زیاد ویروس های موجود و مشی ما که به آنها انتقال جهانی می دهیم، تسری های بیشتر اجتناب ناپذیر است. اما دلتا پایان داستانSARS-CoV-2 ، ویروسی که باعث COVID-19 می شود، نیست. در این جا آن چه نظریه تکامل به ما می گوید که در آینده اتفاق می افتد آمده است.
 

دو باره به من یادآوری کنید که چگونه ویروس ها تکامل می یابند؟

تکامل نتیجه جهش های تصادفی (یا خطاها) در ژنوم ویروسی در هنگام تکثیر است. تعدادی از این جهش های تصادفی برای ویروس مفید خواهند بود و مزایایی را به همراه خواهند داشت. کپی این ژن های مفید، بیشتر از طریق فرآیند انتخاب طبیعی در نسل بعدی زنده می مانند.
 
سویه های ویروسی جدید همچنین می توانند از طریق ترکیب مجدد ایجاد شوند، زمانی که ویروس ها ژن های دیگر ویروس ها یا حتی ژن از میزبان خود را دریافت می کنند.
 
به طور کلی می توان انتظار داشت که تکامل به نفع گونه هایی از ویروس باشد که منجر به منحنی شدیدتر اپیدمی می شوند و موارد بیشتری را سریع تر تولید می کنند و منجر به دو پیش بینی می شوند:
 
اول این که ویروس قاعدتاً بیشتر منتقل می شود. یک فرد آلوده به احتمال زیاد افراد بیشتری را آلوده می کند. نسخه های بعدی ویروس دارای تعداد تولید مثل یا R بیشتری خواهند بود.
 برای این که ویروس بتواند میزبان جدید را آلوده کند، ممکن است نیاز باشد که برخی یا همه کلیدهای پروتئینی تعدیل شوند. این تغییرات، که "جهش" نامیده می شوند، می توانند در میزبان قدیمی، میزبان جدید یا هر دو رخ دهند.دوم این که ما همچنین می توانیم انتظار داشته باشیم که تکامل، زمان بین آلوده شدن فرد و آلوده شدن دیگران را کوتاه می کند ("فاصله سریالی" کوتاه تر).
 
هر دوی این تغییرات پیش بینی شده به وضوح خبر خوبی برای ویروس است، اما نه برای میزبان آن.
 

آها، بنابراین، این نظریه، دلتا را توضیح می دهد

این نظریه توضیح می دهد که چرا دلتا اکنون جهان را فرا گرفته و جانشین گونه اولیه ووهان شده است.
 
سویه اصلی ووهان دارای مقدار R از 2 تا 3 بود، اما مقدار R دلتا حدود 5 تا 6 است (برخی از محققان می گویند این رقم حتی بیشتر است). بنابراین فردی که به دلتا آلوده شده است احتمالاً حداقل دو برابر بیشتر از گونه اصلی ووهان آلوده می شود.
   
تصویر: ویروس کرونا نوع دلتا. نوع دلتا نمونه ای از سرعت تکامل ویروس است. Shutterstock
 فعالیت های انسانی باعث ظهور ویروس های پاتوژنیک (بیماری زا) جدید می شود.همچنین شواهدی وجود دارد که دلتا فاصله سریالی بسیار کوتاه تری در مقایسه با سویه اصلی ووهان دارد.
 
این ممکن است مربوط به بار ویروسی بیشتر (نسخه های بیشتری از ویروس) در افرادی باشد که به دلتا، در مقایسه با سویه های قبلی، آلوده شده اند. این ممکن است به دلتا اجازه دهد بعد از عفونت زودتر منتقل شود.
 
بار ویروسی بیشتر همچنین ممکن است باعث شود که دلتا راحت تر در هوای آزاد و پس از "تماس زود گذر" منتقل شود.
 

آیا واکسن ها بر تکامل ویروس تأثیر می گذارند؟

ما می دانیم که واکسن های کووید -19 که برای محافظت در برابر اثرات اصلی ووهان طراحی شده اند در مقابله با دلتا کار می کنند اما تأثیر کمتری دارند. نظریه تکامل این را پیش بینی می کند. انواع ویروسی که می توانند از واکسن فرار کنند دارای مزیت تکاملی هستند.
 
بنابراین می توان انتظار رقابت تسلیحاتی بین توسعه دهندگان واکسن و ویروس را داشت و واکسن ها سعی کرده اند با تکامل ویروسی همخوانی داشته باشند. به همین دلیل است که ما به احتمال زیاد شاهد تزریق های تقویت کننده منظم هستیم که برای غلبه بر این انواع جدید طراحی شده اند، درست مانند تزریق های تقویت کننده مربوط به آنفولانزا.
 بسیاری دیگر از ویروس های کرونا به طور طبیعی در جمعیت پستانداران و پرندگان وحشی در سراسر جهان وجود دارند.واکسن های کووید -19 شانس انتقال ویروس به دیگران را کاهش می دهند، اما انتقال آنها را به طور کامل مسدود نمی کنند. و نظریه تکاملی یک گزارش هشداردهنده در این زمینه به ما می دهد.
 
بین قابلیت انتقال و میزان بیماری فرد (حدت شدید) با اکثر میکروارگانیسم های بیماری زا، توافق وجود دارد. این به این دلیل است که شما نیاز به بار ویروسی خاصی دارید تا بتوانید انتقال دهید.
 
اگر واکسن ها 100٪ در جلوگیری از انتقال مؤثر نباشند، می توان انتظار شیفت در مصالحه به سمت حدت بالا را داشت. به عبارت دیگر، یک عارضه جانبی ویروس که قادر به انتقال از افراد واکسینه شده است، با گذشت زمان، آن چنان که نظریه پیش بینی می کند، برای افراد واکسینه نشده مضرتر خواهد بود.
 

انواع آینده چطور؟

در کوتاه مدت، به احتمال زیاد، تکامل برای "تنظیم دقیق" ویروس به کار خود ادامه خواهد داد:
 
* مقدار R آن همچنان افزایش می یابد (افراد بیشتری در یک نسل آلوده می شوند)
 
* فاصله سریالی کاهش می یابد (افراد زودتر عفونی می شوند)
 
* انواع مختلف باعث می شود واکسن ها کمتر مؤثر باشند (فرار از واکسن)
 می توان انتظار همه گیری های آینده را در زمانی داشت که ویروس های حیوانی به انسان منتقل شوند، درست مانند گذشته.اما ما نمی دانیم این تغییرات تا کجا ممکن است پیش برود و چقدر سریع ممکن است این اتفاق بیفتد.
 
برخی از دانشمندان فکر می کنند ممکن است ویروس در حال نزدیک شدن به "اوج سازواری" باشد. با این وجود، ممکن است هنوز ترفندهایی در آستین خود داشته باشد.
 
گروه مشورتی علمی دولت انگلستان برای موارد اضطراری (SAGE) (Scientific Advisory Group for Emergencies) اخیراً سناریوهایی را برای تکامل طولانی مدت ویروس بررسی کرده است.
 
این گروه می گوید تقریباً قطعی است که "حرکت آنتی ژنی" وجود دارد، تجمع جهش های کوچک منجر به کم اثر شدن واکسن های فعلی می شود، و بنابراین تقویت کننده با واکسن های اصلاح شده ضروری خواهد بود.
 
سپس می گوید تغییرات چشمگیرتر در ویروس ("تغییر آنتی ژنی")، که ممکن است از طریق ترکیب مجدد با دیگر کروناویروس های انسانی رخ دهد، "یک امکان واقع بینانه" است. این امر مستلزم مهندسی مجدد اساسی تری از واکسن ها است.
 
SAGE همچنین تصور می کند که یک احتمال واقعیِ "زئونوز معکوس" وجود دارد (یعنی بیماری عفونی مشترک بین انسان و حیوان که در حالت معکوس از انسان به حیوان منتقل می شود)، که منجر به ویروسی می شود که ممکن است برای انسان بیماری زا (مضر) باشد یا بتواند از واکسن های موجود فرار کند. این می تواند سناریویی باشد که در آن SARS-CoV-2  قبل از بازگشت به انسان، حیوانات را آلوده می کند. ما قبلاً دیده ایم که SARS-CoV-2 سمور، گربه سانان و جوندگان را آلوده کرده است.
ما واقعاً نمی دانیم که آیا ویروس به مرور زمان کشنده تر می شود یا خیر. اما ما نمی توانیم انتظار داشته باشیم که ویروس به طور جادویی بی خطر شود.

آیا ویروس کشنده تر می شود؟

نسخه های ویروسی که میزبان آنها را بسیار بیمار می کند (یعنی بسیار بدخیم هستند)، به طور کلی انتخابی گسترش می یابند. این به این دلیل است که احتمال مرگ یا جدایی افراد بیشتر است و احتمال انتقال ویروس به دیگران کاهش می یابد.
 
SAGE  تصور می کند که بعید است این فرایند باعث کم شدن بدخیمی ویروس در کوتاه مدت شود، اما این یک احتمال واقعی در بلند مدت است. با این حال SAGE می گوید احتمالی واقعی وجود دارد که سویه های بدتر از طریق ترکیب مجدد (که سایر کروناویروس ها انجام می دهند) ایجاد شوند.
 
بنابراین پاسخ این سؤالِ مهم این است که ما واقعاً نمی دانیم که آیا ویروس به مرور زمان کشنده تر می شود یا خیر. اما ما نمی توانیم انتظار داشته باشیم که ویروس به طور جادویی بی خطر شود.
 

آیا انسان ها تکامل می یابند تا به آنها برسند؟

متأسفانه پاسخ "نه" است. انسان ها به اندازه کافی سریع تولید مثل نمی کنند و به اندازه کافی سریع جهش های مطلوب را جمع نمی کنند تا ما از ویروس جلوتر باشیم.
 برخی از دانشمندان فکر می کنند ممکن است ویروس در حال نزدیک شدن به "اوج سازواری" باشد. با این وجود، ممکن است هنوز ترفندهایی در آستین خود داشته باشد.این ویروس همچنین اکثر افرادی را که آلوده می کند، نمی کشد. و در کشورهایی با سیستم مراقبت های بهداشتی با منابع خوب، بسیاری از افراد در سنین باروری را نمی کشد. بنابراین هیچ "فشار انتخابی" برای جهش مطلوب انسان ها برای جلوتر بودن از ویروس وجود ندارد.
 

همه گیری های آینده چطور؟

سرانجام، نظریه تکاملی هشداری در مورد همه گیری های آینده دارد.
 
جهش ژنی که به ویروس موجود در گونه های مبهم و نسبتاً کمیاب (مانند خفاش) اجازه می دهد به رایج ترین و گسترده ترین گونه های حیوانات بزرگ روی کره زمین - انسان ها - دسترسی پیدا کند، به شدت قابل انتخاب شدن است.
 
بنابراین می توان انتظار همه گیری های آینده را در زمانی داشت که ویروس های حیوانی به انسان منتقل شوند، درست مانند گذشته.
 

چگونگی جهش ویروس ها

ویروس ها به ندرت چیزی بیش از قطعات انگلی RNA یا DNA هستند. با وجود این، تعداد و تنوع ژنتیکی آنها بسیار شگفت آور است. ما نمی دانیم چند گونه ویروس وجود دارد، اما ممکن است تریلیون ها وجود داشته باشد.
 واکسن های کووید -19 شانس انتقال ویروس به دیگران را کاهش می دهند، اما انتقال آنها را به طور کامل مسدود نمی کنند. اپیدمی های ویروسی گذشته بر تکامل همه زندگی تأثیر گذاشته است. در حقیقت، حدود 8 درصد از ژنوم انسان شامل قطعات رتروویروس است. (رتروویروس، هر یک از گروه ویروس های RNA است که یک کپی از DNA ژنوم خود را به منظور تکثیر به سلول میزبان وارد می کنند، به عنوان مثال HIV.) این "فسیل" های ژنتیکی، باقی مانده از همه گیری های ویروسی است که اجداد ما از آن جان سالم به در برده اند.
 
COVID-19 ما را به یاد تأثیر ویرانگری می اندازد که ویروس ها نه تنها بر انسان بلکه بر حیوانات و محصولات زراعی نیز می توانند داشته باشند. در حال حاضر برای اولین بار، وجود این بیماری در یک ببر در باغ وحش برانکس نیویورک تأیید شد، که تصور می شود توسط کارمندی آلوده شده باشد. گزارش شد که شش ببر و شیر دیگر نیز "علائم" را نشان دادند.
 
به گزارش بی بی سی، کارشناسان حفاظت از محیط زیست فکر می کنند COVID-19 می تواند حیواناتی مانند گوریل های وحشی، شامپانزه ها و اورانگوتان ها را نیز تهدید کند.
 
در حالی که ویروس شناسان علاقه زیادی به نحوه جهش و انتقال ویروس ها بین گونه ها دارند - و این روند را تا حدی درک می کنند – هنوز شکاف های زیادی در دانش باقی مانده است.
 

ماهر در حرفه خود

اکثر ویروس ها متخصص هستند. آنها ارتباطات طولانی با گونه های میزبان ترجیحی برقرار می کنند. در این روابط، ویروس ممکن است علائم بیماری را القا نکند. در واقع، ویروس و میزبان ممکن است در همزیستی برای یک دیگر مفید باشند.
 بار ویروسی بیشتر همچنین ممکن است باعث شود که دلتا راحت تر در هوای آزاد و پس از "تماس زود گذر" منتقل شود.گاهی اوقات، ویروس ها از میزبان اصلی خود به میزبانی جدید "ظهور" یا "سرایت" می کنند. هنگامی که این اتفاق می افتد، خطر بیماری افزایش می یابد. بیشتر بیماری های عفونی که بر انسان و منابع غذایی ما تأثیر می گذارد، نتیجه تسری موجودات زنده هستند.
 
کرونا ویروس جدید (SARS-CoV-2) که از ووهان بیرون آمد در واقع "جدید" نیست. این ویروس طی یک دوره طولانی، احتمالاً میلیون ها سال، در گونه های دیگر که هنوز وجود دارند تکامل یافته است. ما می دانیم که این ویروس دارای خویشاوندان نزدیکی در خفاش های خرمایی نعل اسبی چینی، خفاش های نعل اسبی متوسط، ​​و پنگولین ها است - که در چین غذاهای لذیذی محسوب می شوند.
   
تصویر: پنگولین های قاچاق شده به دلیل فلس هایشان که در طب سنتی چینی استفاده دارد کشته می شوند. گمان می رود که آنها، جدا از انسان ها، بیشترین قاچاق پستانداران جهان باشند. Shutterstock
 
کرونا ویروس های گذشته، از جمله کرونا ویروس سندروم تنفسی بحرانی شدید (severe acute respiratory syndrome coronavirus) (SARS-CoV) ، از طریق یک پستاندار واسطه از خفاش ها به سمت انسان پریده اند. برخی از کارشناسان پیشنهاد می کنند پنگولین های مالاییایی این پیوند را با SARS-CoV-2 ارائه می دهند.
 
اگر چه میزبان اصلی ویروس SARS-CoV-2 مشخص نشده است، اما اگر موجود میزبان اصلی کاملاً سالم به نظر برسد، نباید تعجب کنیم. بسیاری دیگر از ویروس های کرونا به طور طبیعی در جمعیت پستانداران و پرندگان وحشی در سراسر جهان وجود دارند.
 

آنها مدام از کجا می آیند؟

فعالیت های انسانی باعث ظهور ویروس های پاتوژنیک (بیماری زا) جدید می شود. با عقب راندن مرزهای آخرین مکان های وحشی روی زمین – هنگام قطع بوته ها برای مزارع و کشت و زرع – مشاهده می کنیم که ویروس های حیات وحش با محصولات زراعی، حیوانات مزرعه و مردم در تعامل هستند.
 
گونه هایی که به طور جداگانه تکامل یافته اند در حال مخلوط شدن هستند. بازارهای جهانی، تجارت آزاد حیوانات زنده (و نیز از جمله تخم مرغ، مایع منی و گوشت آنها)، سبزیجات، گل ها، پیازها و دانه ها را مجاز می داند - و ویروس ها نیز برای سوار شدن همراه می شوند. کرونا ویروس جدید از تجارت جهانی حیات وحش سرچشمه گرفت - و ممکن است برای پایان دادن به آن به اندازه کافی ویرانگری به بار آید.
 
انسان ها همچنین آب و هوا را گرم می کنند. این به گونه های خاص اجازه می دهد تا محدوده جغرافیایی خود را به مناطقی گسترش دهند که قبلاً برای سکونت بسیار سرد بودند. در نتیجه، بسیاری از ویروس ها برای اولین بار با میزبان های جدیدی ملاقات می کنند.
 

چگونه آنها پرش را انجام می دهند؟

تسری یا سرریز ویروس یک فرآیند پیچیده است و به طور کامل فهمیده نشده است. در طبیعت، اکثر ویروس ها به دلیل فعل و انفعالات پروتئینی خاص "قفل و کلید" محدود به میزبان هایی خاص هستند. به این فعل و انفعالات برای تکثیر موفق، حرکت درون میزبان و انتقال بین میزبان ها نیاز است.
 
برای این که ویروس بتواند میزبان جدید را آلوده کند، ممکن است نیاز باشد که برخی یا همه کلیدهای پروتئینی تعدیل شوند. این تغییرات، که "جهش" نامیده می شوند، می توانند در میزبان قدیمی، میزبان جدید یا هر دو رخ دهند.
 
به عنوان مثال، یک ویروس می تواند از میزبان A به میزبان B پرش کند، اما به خوبی تکثیر نشود یا بین افراد منتقل نشود مگر این که چندین کلید پروتئینی به طور همزمان یا متوالی جهش پیدا کنند. احتمال کم این اتفاق باعث می شود که تسری ها غیر معمول باشد.
 تکامل نتیجه جهش های تصادفی (یا خطاها) در ژنوم ویروسی در هنگام تکثیر است. تعدادی از این جهش های تصادفی برای ویروس مفید خواهند بود و مزایایی را به همراه خواهند داشت. کپی این ژن های مفید، بیشتر از طریق فرآیند انتخاب طبیعی در نسل بعدی زنده می مانند.برای درک بهتر نحوه تسری ها، تصور کنید ویروس یک داستان کوتاه است که روی یک تکه کاغذ چاپ می شود. داستان، این موارد را شرح می دهد:
 
* نحوه زندگی در یک نوع سلول خاص، در یک میزبان خاص
* نحوه انتقال به سلول همسایه
* نحوه انتقال به فرد جدید از همان گونه
 
داستان کوتاه همچنین دستور العمل هایی در مورد نحوه ساخت دستگاه فتوکپی ویروس دارد. این دستگاه، آنزیمی به نام پلیمراز، قرار است نسخه های بی پایان یکسان از داستان را تولید کند. با این حال، پلیمراز گاهی اوقات اشتباه می کند.
 
ممکن است یک کلمه را از دست بدهد، یا یک کلمه یا عبارت جدید را به داستان اضافه کند، و آن را به طور ظریف تغییر دهد. این داستان های ویروسی تغییر یافته "جهش یافته" نامیده می شوند. گاهی اوقات، یک داستان جهش یافته توضیح می دهد که چگونه ویروس می تواند در داخل یک گونه میزبان کاملاً جدید زندگی کند. اگر جهش یافته و این میزبان جدید با هم ملاقات کنند، ممکن است تسری یا سرریز رخ دهد.
 
ما نمی توانیم سرایت ویروس به انسان را پیش بینی کنیم، بنابراین ایجاد واکسن پیشگیرانه، یک گزینه نیست. بحث ها در مورد "واکسن جهانی آنفولانزا" که ایمنی را در برابر همه جهش یافته های ویروس آنفلوانزا ایجاد کند، ادامه دارد. اما تا کنون این امر امکان پذیر نبوده است.
 

بگذارید حیات وحش حیات وحش باشد

با وجود تعداد زیادی ویروس، تعداد کمی از آنها ما، و گیاهان و حیواناتی که به آنها متکی هستیم، را تهدید می کنند.
با این وجود، برخی از موجودات در این جبهه به ویژه خطرناک هستند. به عنوان مثال، ویروس های کرونا، ویروس های ابولا و ماربورگ، ویروس های هندرا و نیپاه، هسا ویروس های شبیه هاری، و پارامیکسو ویروس های شبیه اوریون / سرخک همه از خفاش ها سرچشمه می گیرند.
 کلی می توان انتظار داشت که تکامل به نفع گونه هایی از ویروس باشد که منجر به منحنی شدیدتر اپیدمی می شوندبا توجه به تعداد زیاد ویروس های موجود و مشی ما که به آنها انتقال جهانی می دهیم، تسری های بیشتر اجتناب ناپذیر است. ما می توانیم با نظارت بهتر بر ویروس در بیمارستان ها و مزارع، شانس این امر را کاهش دهیم.
 
ما همچنین باید حیات وحش را نه تنها به دلیل ارزش ذاتی آن، بلکه به عنوان منبع بالقوه ویروس های بیماری زا تشخیص دهیم. بنابراین بیایید "فاصله اجتماعی" را حفظ کنیم و حیات وحش را در طبیعت رها کنیم.
 
منبع:
همیش مک کالوم، Griffith University، استیو وایلی، Murdoch University