Den videnskabelige opdagelse af, at vira bevæger sig ofte og uventet fra art til art, ændrer vores forståelse af deres udviklingshistorie og kan have urolige konsekvenser i form af nye sygdomme.
Når der dannes nye arter, hvor kommer deres vira fra? Vira, der er lidt mere end en besætning af genetisk fritliggende græsningsmateriale, har desperat brug for deres værteres cellulære strukturer og ressourcer til at gengive sig igen og igen. En virus uden en vært er intet.
På grund af denne afhængighed forbliver nogle vira loyale over for deres værter gennem hele evolutionen, muterer og ændres lidt hver gang værten omdannes til en ny art. Denne proces kaldes co-divergens. Mennesker og sjimpanser har for eksempel lidt forskellige hepatitis B-vira, som begge sandsynligvis er muteret fra den version, der inficerede den fælles stamfar til mennesker og aber for mere end fire millioner år siden.
En anden mulighed, kaldet interspecies-overgang, opstår, når en virus migrerer til en helt ny type vært, der ikke har noget at gøre med den foregående. Denne type virusudvikling er forbundet med alvorlige nye sygdomme som aviær influenza, HIV, Ebola og SARS. Og da sådanne sygdomme er ekstremt farlige, er vi heldige, at overgang mellem personer er en temmelig sjælden forekomst.
For nylig, da forskere i Australien gennemførte den første undersøgelse af den langsigtede udvikling af tusinder af forskellige vira, kom de til den oppsiktsvekkende konklusion om, at overfladisk overgang er meget vigtigere og forekommer meget oftere, end vi forestillede os. Arterændring er drivkraften bag de fleste større evolutionære neoplasmer i vira. I mellemtiden er co-divergens mindre udbredt, end vi forventede, og det medfører primært gradvise ændringer.
”De har vist meget overbevisende, at co-divergens er undtagelsen snarere end reglen,” sagde evolutionærbiolog Pleuni Pennings, en adjunkt ved University of San Francisco og ikke involveret i den australske undersøgelse.
Disse fund betyder på ingen måde, at nye sygdomme, der opstår som følge af overgang mellem kønnene, er en mere alvorlig og overhængende trussel end antaget medicin. De viser imidlertid, at virusses evolutionsdynamik kan være overraskende kompliceret. Hvis forskere undervurderer hyppigheden af overgangen af vira til nye værter, bliver det i dette tilfælde en meget vigtig prioritet at studere, hvilke vira der er mest modtagelige for dette.
Der er mange grunde til, at mellemstatsspring sandsynligvis ikke har en betydelig indflydelse på udviklingen af vira. Hindringerne, der forhindrer en virus med succes at overgå til en vært fra en anden art, er meget alvorlige og formidable. Hvis virussen ikke er i stand til at manipulere værtens genetiske materiale og reproducere, er dette en blindgyde, enden af en gren. Virussen kan have brug for mange forsøg på at inficere en ny vært, som den har gjort i årtier eller endnu mere, og akkumulere tilsvarende mutationer på dette tidspunkt. Det gør han, indtil han hævder sig og begynder at formere sig og sprede sig.
Salgsfremmende video:
Sidste forår gav for eksempel en gruppe biologer og biomedicinske forskere under ledelse af Susan VandeWoude, professor i komparativ medicin ved University of Colorado, et eksempel på, hvad der kunne kaldes ufuldstændig interspecies overgang. Vandewood undersøger lentivira. Dette er den type retrovirus, som HIV hører til. Dens bærere er cougars og røde nordamerikanske gaupe. Professor sammen med sit forskerteam fandt konstant en bestemt lentivirus af den røde gaupe i en cougar i Californien og Florida. Men hver gang de genetiske data indikerede, at denne virus optrådte som et resultat af kontakt af en cougar med en inficeret gaupe, siger vi, når cougaren spiste en gaupe, og ikke fra en anden inficeret cougar, der spredte den. Koncentrationen af virussen i cougars var også lav, hvilket indikerer detat virussen er vanskelig at reproducere.
Kort sagt, virussen trådte ind i en ny kattehost, men værtens organisme var ikke særlig velegnet til parasitten, og den kunne ikke slå sig ordentligt ned på den.”I mange af overgange var der ingen beviser for, at den nye virus formandlede sig i cougars,” bemærker Vandewood. (I modsætning hertil fandt Vandewoods team, at en bestemt form for gaupevirus migrerede til Florida-panterne, som transmitterede den variant, de havde tilpasset.) Fordi lentivirusovergange fra en katteart til en anden forekommer så ofte, kan den mutere ret kraftigt over tid, hvorefter cougaren vil blive et passende levested for ham. Men indtil videre er dette ikke sket, selvom der var masser af sådanne muligheder.
Når vira med succes hopper fra en art til en anden, kan de blive et offer for deres egen succes. Dette gælder primært for små isolerede bestande (det er hvor mange nye arter der blev født). Farlige vira kan meget hurtigt ødelægge tilgængelige værter, hvorefter de forsvinder alene.
Af denne grund kan virologer med en høj grad af tillid sige, at selv hvis interspecies hopper over en bred tidsramme ofte forekommer, kan co-divergens af vira og deres værter være normen. Men der er lidt eksperimentelle beviser til at støtte denne antagelse.”Ideel co-divergens er et af de fænomener, du kan lære om. Men hvis du prøver at finde gode eksempler på denne form for co-divergens, viser det sig, at de er meget, meget sjældne,”siger Pennings.
Biologiprofessor ved University of Sydney, Edward Holmes, og hans australske kolleger besluttede at løse dette mysterium. Ved hjælp af data om det virale genom rekonstruerede de udviklingshistorien for 19 større virale familier, som hver indeholder fra 23 til 142 vira, der bor i en række forskellige værter, fra pattedyr til fisk og planter. De oprettede fylogenetiske (evolutionære) ordninger for virusfamilier og for deres værtsarter og sammenlignede dem derefter. Forskere begrundede som følger: hvis en virus dybest set co-divergerer med sin vært, der udvikler sig med den, så i dette tilfælde bør det fylogenetiske skema af virussen svare til skemaet for dets vært, da forfædrene til virussen må have inficeret værtens forfædre. Men hvis virussen hopper fra vært til vært,de evolutionære mønstre af værter og vira vil se anderledes ud. Hvor anderledes er det? Det afhænger af antallet af mellemliggende overgange.
I deres arbejde, der blev offentliggjort i tidsskriftet PLOS Pathogens, rapporterede de, at i alle 19 virusfamilier var overfladeovergange udbredt. Holmes sagde, at det ikke overraskede ham, at hver virusfamilie, de studerede, så ud, som om den skabte mellemrumsspring. Men han var overrasket over, hvor ofte de tog sådanne spring igennem deres historie.”De gør det alle,” sagde Holmes. "Og dette er noget usædvanligt."
Under henvisning til spørgsmålet om, hvorfor forskere ikke tidligere indså, hvor vigtige interspecifikke overgange er for udviklingen af virussen, forklarede Holmes, at forfattere af fylogenetiske undersøgelser ofte har betragtet problemet for snævert, studeret et temmelig lille antal værtsarter og vira og gjort det i en lille tidsramme … Om 10 eller 20 år får du muligvis ikke et mellemstykke spring.”Og på en million år er dette bestemt sket,” sagde Holmes.
Hans innovative tilgang”giver indsigt i langvarige forhold mellem værter og vira,” sagde John Denn, lektor i biologi ved Queens College, om undersøgelsen.
Holmes og hans kollegers iagttagelse af RNA-vira (som bruger RNA som genetisk materiale) blev hjulpet til at forstå, hvordan og hvorfor overfladeovergange finder sted. De konkluderede, at sådanne vira krydser arterne meget hyppigere end DNA-vira (som bruger DNA).”Dette skyldes sandsynligvis, at de har en højere mutationsgrad,” sagde Vandewood. Med en kombination af et mindre genom og en højere mutationshastighed har RNA-virussen en bedre chance for at tilpasse sig den nye værts miljø.
Derudover forklarer Holmes denne tendens med de forskellige livscyklusser for RNA og DNA-vira. Infektioner med deltagelse af RNA-vira er ofte vanskelige, men de er kortvarige, dvs. sygdommen kommer og går temmelig hurtigt, som tilfældet er med influenza eller forkølelse. Denne forbigående fører til det faktum, at virussen kan gå glip af muligheden for at blive en del af de nye værtsarter.”I en farlig virus varer den skadelige virkning i dage eller uger,” siger Holmes.”Og gennemsnitligt er co-divergens i sådanne tilfælde sjældent. Det er bare det, at virussen forsvinder temmelig hurtigt."
Men infektioner, der involverer DNA-virussen, er ofte kroniske. Når en del af værtspopulationen afviger fra sin typiske form for at skabe en ny art, er det mere sandsynligt, at den tager virussen med sig, da mange flere værter er inficeret. Således øger sandsynligheden for co-divergens mellem virussen og dens nye vært.
Værtens livsstil spiller også en rolle i overgangen af vira og i co-divergensen mellem disse mellemliggende spring.”Vi ved, at værtspopulationens størrelse og densitet er meget vigtig, og denne faktor bestemmer, hvor mange vira, de bærer,” siger Holmes. Han nævner flagermus som et eksempel. Flagermus har en tendens til at bære et stort antal forskellige vira, men det skyldes delvist, at der er et enormt antal flagermus. Sådanne store populationer er mere tilbøjelige til at fange virussen.”Der er en meget simpel økologisk regel: jo flere værter, desto farligere virus kan de bære,” bemærker Holmes. "Det er bare det, at virussen har en bedre chance for at finde en sårbar vært."
I 1975 skrev Francis L. Black fra Yale University et forskningsdokument, der gav en indgående forståelse af, hvordan værtspopulationens dynamik påvirker menneskers sygdom. Efter at have undersøgt de temmelig isolerede og små samfund i de amazoniske aboriginer har forskere fundet, at kroniske virusinfektioner hos disse mennesker forekommer ret ofte, men akutte infektioner er stort set fraværende. Isolering beskytter disse stammer mod nye vira. De få farlige vira, der alligevel kom ind i de oprindelige samfund, døde snart ud. De havde få værter at overleve, og derfor forsvandt virusserne ret hurtigt.
Opdagelsen af, at mellemliggende specifikke overgange ofte forekommer, kan forårsage betydelig bekymring, da de er forbundet med farlige nye sygdomme. Tidligere var der mange spring, og de skete ofte. Så hvad har fremtiden i vente for os - det samme, men i store mængder?
Ikke nødvendigt.”Statistik over overfladeoverførsler fra fortiden forudsiger ikke altid nøjagtigt fremtiden, især når det kommer til mennesker,” siger Pennings. Vores livsstil i dag er også forskellig fra, hvordan mennesker levede for kun få århundreder siden, og derfor synes risikoen for at få nye sygdomme at være anderledes for os.
En person er også bærer af et stort antal vira. Vores populationer er for store, og vi er utroligt mobile, hvilket betyder, at vi ganske let og enkelt overfører vira til nye modtagelige værter.”Vi gør mange ting, der øger chancerne for virusoverførsel. Vi elsker at stikke næsen på steder, hvor vi ikke bør gå, vi tager risici for ofte, vi spiser det, vi ikke skal spise,”siger Vandewood.”Vi er sandsynligvis de værste lovovertrædere af reglerne, og derfor bliver vi som oftest genstande for mellemliggende sprang - simpelthen fordi vi undertiden begår vanvittige handlinger.”
Sådanne vanvittige handlinger fører ofte til kollisioner med andre arter. Jo oftere vi gør dette, jo mere udsættes vi for nye vira. De arter, som vi kommer i kontakt med, bringer os ofte i fare.”Vi er mere tilbøjelige til at blive inficeret med noget fra mus end fra tigre,” siger Pennings.
Yderligere forskning i udviklingen af vira vil hjælpe forskere med at forstå, om der er arter, som vi bør være mere opmærksomme på som kilder til nye infektioner. (Epidemiologer overvåger allerede nøje vira, der overføres fra fjerkræ til mennesker, fordi de frygter fugleinfluenza.) Virus fra planter, fisk og pattedyr er sandsynligvis lige så farlige for mennesker. Det er lige så muligt, at forskere i forskning for at forudsige den næste epidemi vil indsnævre deres fokus til et par højrisikogrupper.
Holmes har et andet synspunkt.”Jeg tror ikke, at prognoser i dette tilfælde kan være effektive,” siger han.”Jeg forstår, hvorfor det gøres, men antallet af nye vira, som vi opdager, er enormt, og derfor er prognoser i dette tilfælde simpelthen uegnet.”
Heldigvis er denne form for analyse blevet lettere med fremkomsten og udviklingen af metagenomik, som grenen af genomik kaldes, som ikke studerer genomet til en individuel organisme, men et sæt genomisk information opnået fra miljøet. Som en del af sådan forskning vælger Holmes og kolleger genomiske sekvenser fra en række tilgængelige databaser. De har ikke brug for fysiske prøver af vira, og dette er i sig selv en innovation inden for forskningsområdet. "Virology bevæger sig til et nyt stadium, hvor metagenomics kan bruges til at prøve massivt for at se, hvad der er der," siger Holmes.
Han bemærker også, at ny information om vira er mere tilgængelig i dag, og at de fylogenetiske ordninger, der er oprettet af ham og hans kolleger i den nærmeste fremtid, vil derfor gennemgå store ændringer.”Om tre år vil disse ordninger være meget mere komplette, fordi vi vil finde så mange nye prøver af disse vira,” lover Holmes.
Mallory Locklear