במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת דוחות מדעיים, חוקרים חקרו את המקורות האבולוציוניים של תסמונת נשימה חריפה חמורה וירוס קורונה 2 (SARS-CoV-2). עבודה קודמת העלתה השערה שאירועי רקומבינציה גנטית של וירוסי עטלפים ופנגולין עשויים לאפשר לנגיף להדביק תאים אנושיים. עם זאת, ניתוחים פילוגנטיים בייסיאניים שנערכו כאן מאתגרים רעיון זה.
מחקר: ניתוח פילוגנטי מודע לרקומבינציה שופך אור על המקור האבולוציוני של SARS-CoV-2. קרדיט תמונה: aaltair / Shutterstock
ניתוחים של למעלה מ-100 גנומים ויראליים, כולל אלו של בני אדם, פנגולינים, סיבטים ועטלפים, גילו כי האב הקדמון הנפוץ ביותר מבין כל הנבדקים סרבקוווירוס לזנים, פתוגן יונק כללי סביר, כבר היו התכונות הנחוצות כדי להדביק בני אדם ולא רכשו אותם מזנים קרובים אחרים. למרות שאינו חד משמעי, המחקר הזה מציג צעד ראשון מכריע בהבנת ההיסטוריה האבולוציונית של הפתוגן ההרסני הזה.
היסטוריה קצרה של SARS-CoV-2
תסמונת נשימה חריפה חמורה נגיף קורונה 2 (SARS-CoV-2) הוא וירוס RNA חיובי בעל חוש יחיד השייך למשפחת Coronaviridae, תת-הסוג סרברקוווירוס. התגלה לראשונה בווהאן, סין, בסוף שנת 2019, הפתוגן הנשימתי המועבר מאוד התפשט במהירות ברחבי העולם, גבה כמעט 7 מיליון חיי אדם והדביק יותר מ-700 מיליון נוספים.
מגיפת נגיף הקורונה 2019 (COVID-19) הידועה לשמצה כיום היא אם כן אחת הגרועות ביותר בהיסטוריה האנושית, אך באופן מדאיג היא לא לבד. ב-18 השנים האחרונות, שתי מגפות נגיף קורונה גדולות קדמו ל-COVID-19 – מגיפת SARS-CoV-1 (סין, 2002) ומגיפת נגיף הקורונה בתסמונת הנשימה במזרח התיכון (MERS-CoV) (ערב הסעודית, 2012). מטרת המחקר הייתה לחשוף את המקורות האבולוציוניים של פתוגנים אלה, במיוחד את הזיהום החמור שלהם, כדי לשפר את ההתערבויות הקליניות הנוכחיות ולהתכונן טוב יותר מפני התפרצויות עתידיות. לרוע המזל, עד כה, מאמצים אלה נותרו חסרי תוחלת.
שאריות חומצות אמינו הקיימות בלולאה המשתנה של תחום הקישור לקולטן של SARS-CoV-2 ונגיפים קשורים. שאריות חומצות אמינו החשובות לזיהוי קולטן hACE2 ב-SARS-CoV-2 מסומנים עם החצים הכחולים.
מהעדשה האפידמיולוגית, החלק הקריטי ביותר בגנום ה-SARS-CoV-2 באורך 30 קילו-בייט הוא החלק המקודד לחלבון הספייק, שבתורו מכיל את תחום מקשר הקולטנים (RBD) – אופן כניסתו של הנגיף לתוך התאים המארחים שלו. גם לחלבוני ספייק SARS-CoV-1 וגם SARS-CoV-2 יש זיקה לקולטן הממיר אנגיוטנסין 2 (hACE2), כאשר לאחרון יש שש שאריות חומצות אמינו (aa) החיוניות לקשירת קולטן hACE2. יחד, שש חומצות אמינו אלו מהוות את 'הלולאה המשתנה', החלק המגוון ביותר מבחינה גנטית של גנום נגיף הקורונה והקובע של טווח המארח שלהם.
ניתוחים גנומיים קודמים של SARS-CoV-2 גילו כי בעוד שהגנום הכולל של הפתוגן קשור באופן הדוק ביותר לקורוני עטלפים, הלולאה המשתנה RBD מוצאת את קרוב משפחתה הקרוב ביותר בפנגולין סרבקוווירוס. ממצאים אלה גרמו לשלוש מתוך ארבע ההשערות הנוכחיות לגבי מקור הלולאה המשתנה להפעיל רקומבינציה. רקומבינציה היא התהליך שבו גנומים נגיפיים מועברים מזן וירוס אחד לזן קרוב אחר, לעתים קרובות במהלך הדבקה משותפת של מארח משותף. במקרה של SARS-CoV-2, השערות אלו מנחות כי אזור RBD המשתנה נרכש מפנגולינים או עטלפים.
עם זאת, ההשערה הסופית מאתגרת את תיאוריית הרקומבינציה וגורסת שהזיקה הנפוצה לקולטן hACE2 בנגיפים רבים נובעת מאבולוציה מתכנסת. הבנת ההיסטוריה האבולוציונית של הנגיפים הללו עשויה לסייע בדור הבא של פיתוח חיסונים נגד קורונה ולסייע לרופאים להתכונן להתפרצות הבאה.
לגבי המחקר
המחקר הנוכחי נועד להבהיר את המקורות האבולוציוניים של SARS-CoV-2 RBD באמצעות חבילת Bacter בתוכנה הפילוגנטית BEAST2. החבילה מאפשרת אומדן של גרפי המרה אבותיים (ACGs), סוג מסוים של גרפי Recombination של Ancestral Recombination (ARG), שהאחרונים שבהם הם המבחנים האידיאליים לריקומבינציה אך מבחינה היסטורית קשה לשמצה לחישוב.
נתוני המחקר התקבלו מ-GenBank ומהיוזמה העולמית לשיתוף כל מאגרי המידע על שפעת (GISAID) והורכבו מ-111 גנומים של קורונה. הגנומים כללו ייצוג לבני אדם (כולל רצף SARS-CoV-2 שנדגמו מווהאן בתחילת המגיפה), פנגולינים (N=13), סיבטים (N=3) ועטלפים (N=93). הרצפים שהושגו נוקו ויושרו זה עם זה כדי להשיג יישור RBD באורך 744 bp.
ניתוחים פילוגנטיים כללו הערכת מודל החלפה ובחירה מוקדמת של עצים, ולאחר מכן בדיקת אותות זמניים. לבסוף, ניתוחי תיארוך מולקולריים וניתוחי רקומבינציה בייסיאנית (באמצעות Bacter) נערכו באופן עצמאי, ותוצאותיהם הושוו כדי להבהיר אם זיקה של hACE2 ב-RBD של נגיף הקורונה היא תוצר של רקומבינציה או התכנסות.
ממצאי מפתח
הניתוחים הפילוגנטיים המודעים לרקומבינציה שבוצעו כאן כללו 111 גנומים של קורונה מ-45 סרבקוווירוסים על פני מארחים אנושיים, עטלף, פנגולין וסיבט. כאשר דנים בניתוחים הפילוגנטיים בבידוד, אירועי רקומבינציה מרובים הכוללים עטלף רינולופוס מִין(R. sinicus, R. pusillus, ו ר אפיניס) נצפו. יש לציין כי שלושת המינים הללו עם טווחים גיאוגרפיים חופפים הועלו כמארחים עבור אבות SARS-CoV-2 פוטנציאליים. הערכות של הגנום הנגיפי של פתוגני העטלפים הללו נותנות תמיכה לאמונה שהרקומבינציה אולי אפשרה ל-SARS-CoV-2 האנושי את היכולת לעקוף את חסינות המארח, ובכך לתרום לארסיות חמורה.
עם זאת, ניתוחי ASR תומכים במקור לא רקומביננטי ללולאת המשתנה RBD ומוכיחים שלאב הקדמון הנפוץ ביותר של נגיף קורונה אנושי ועטלפים היו כל התכונות (שאריות חומצות אמינו) הנדרשות לזיהומיות של שני המארחים, כאשר אוכלוסיית העטלפים איבדה את כל התכונות. אבל אחד מהשאריות הללו שהנגיף המדביק בבני אדם שמר.
"וירוס קדמון זה היה ככל הנראה פתוגן כללי המסוגל להדביק סוגים שונים של מארחים יונקים, מאחר שמחקרי מעבדה הוכיחו ש-SARS-CoV-2 יכול להיקשר לקולטני ACE2 של בקר, חתולים וכלבים. היכולת להיקשר לקולטן hACE2 הוצע גם כתכונה קדמונית של כל תת-הסוג Sarbecovirus, שכן ה-Sarbecovirus Basal Khosta2, שהתגלה ברוסיה, הראה יכולת זו במבחנה."
בעוד שעדיין לא ניתן להפריך ריקומבינציה כמקור הלולאה המשתנה ב-COVID האנושי, הסתגלות והתכנסות הם ההסברים החסכניים יותר לתכונות אלו. תוצאות המחקר הנוכחי תומכות בהופעה הטבעית של לולאת המשתנה RBD ב-SARS-CoV-2.
"ההערכה שלנו בו-זמנית של ההיסטוריה האבולוציונית האנכית (כמו עץ) ואופקית (רקומבינציה) של הנגיף עומדת בניגוד גמור לגישה המסורתית יותר המורכבת מזיהוי ראשוני של נקודות שבירה של רקומבינציה ואחריה שחזור פילוגנטי של כל אזור שנמצא בין למרות שאנו מכירים בכך שהדרישות החישוביות של הגישה המופעלת הגבילו את היקף המחקר הזה, מכיוון שלא יכולנו לנתח את מערך הנתונים המלא ורק ניתחנו חלק קטן מהגנום של Sarbecovirus, אנו מאמינים שהתוצאות שהתקבלו כאן מספקות חשוב "הסתכלות מעמיקה" על היסטוריית הרקומבינציה של ה-RBD."
