Penemuan saintifik bahawa virus bergerak dengan kerap dan tidak dijangka dari spesies ke spesies mengubah pemahaman kita tentang sejarah evolusi mereka dan boleh membawa akibat yang merisaukan dalam bentuk penyakit baru.
Apabila spesies baru terbentuk, dari mana virus mereka berasal? Virus, yang tidak lebih dari sekumpulan bahan genetik merumput bebas, sangat memerlukan struktur dan sumber sel tuan rumah mereka untuk berkembang biak berulang kali. Virus tanpa hos adalah apa-apa.
Kerana ketergantungan ini, beberapa virus tetap setia kepada inang mereka sepanjang evolusi, bermutasi dan berubah sedikit setiap kali inang berubah menjadi spesies baru. Proses ini dipanggil co-divergence. Manusia dan simpanse, misalnya, mempunyai virus hepatitis B yang sedikit berbeza, yang keduanya kemungkinan besar bermutasi dari versi yang menjangkiti nenek moyang manusia dan kera lebih dari empat juta tahun yang lalu.
Pilihan lain, yang disebut peralihan interspesies, berlaku apabila virus berpindah ke jenis host yang sama sekali baru yang tidak ada kaitan dengan yang sebelumnya. Jenis evolusi virus ini dikaitkan dengan penyakit baru yang serius seperti selesema burung, HIV, Ebola dan SARS. Oleh kerana penyakit seperti ini sangat berbahaya, kita bernasib baik kerana peralihan interspesies adalah kejadian yang agak jarang berlaku.
Namun, baru-baru ini, ketika para saintis di Australia melakukan kajian pertama mengenai evolusi jangka panjang ribuan virus yang berbeza, mereka sampai pada kesimpulan yang mengejutkan bahawa peralihan interspesies jauh lebih penting dan berlaku lebih kerap daripada yang kita bayangkan. Perubahan spesies adalah pendorong di sebalik kebanyakan neoplasma evolusi utama dalam virus. Sementara itu, perbezaan bersama kurang meluas daripada yang kita jangkakan, dan ini terutama menyebabkan perubahan secara beransur-ansur.
"Mereka telah menunjukkan dengan sangat meyakinkan bahawa perbezaan bersama adalah pengecualian daripada peraturan," kata ahli biologi evolusi Pleuni Pennings, seorang penolong profesor di University of San Francisco dan tidak terlibat dalam kajian Australia.
Penemuan ini tidak bermaksud bahawa penyakit baru yang timbul dari peralihan interspesies adalah ancaman yang lebih serius dan akan datang daripada ubat yang diandaikan. Namun, mereka menunjukkan bahawa dinamika evolusi virus dapat menjadi sangat kompleks. Sekiranya para saintis meremehkan kekerapan peralihan virus ke inang baru, maka dalam hal ini, menjadi keutamaan yang sangat penting untuk mengkaji virus mana yang paling rentan terhadap ini.
Terdapat banyak sebab mengapa lompatan interspesies tidak mungkin memberi kesan yang signifikan terhadap evolusi virus. Halangan-halangan untuk mencegah virus berjaya disebarkan ke inang dari spesies lain adalah sangat serius dan sukar sekali. Sekiranya virus tidak dapat memanipulasi bahan genetik inang dan membiak, maka ini adalah jalan buntu, akhir cabang. Virus mungkin memerlukan banyak usaha untuk menjangkiti inang baru, yang telah dibuatnya selama beberapa dekad atau lebih, mengumpulkan mutasi yang sesuai pada masa ini. Dia melakukan ini sehingga dia menegaskan dirinya dan mula membiak dan menyebar.
Video promosi:
Pada musim bunga lalu, misalnya, sekumpulan ahli biologi dan penyelidik bioperubatan yang diketuai oleh Susan VandeWoude, profesor perubatan perbandingan di University of Colorado, memberikan contoh mengenai apa yang disebut sebagai peralihan interspesies yang tidak lengkap. Vandewood meneliti lentivirus. Ini adalah jenis retrovirus yang dimiliki oleh HIV. Pengangkutnya adalah cougars dan lynxes Amerika Utara berwarna merah. Profesor itu, bersama dengan pasukan penyelidikannya, selalu menemui lentivirus tertentu dari lynx merah di dalam cougar di California dan Florida. Tetapi setiap kali data genetik menunjukkan bahawa virus ini muncul sebagai akibat dari kontak cougar dengan lynx yang dijangkiti, katakanlah, ketika cougar memakan lynx, dan bukan dari cougar yang dijangkiti yang menyebarkannya. Kepekatan virus dalam cougars juga rendah, yang menunjukkan bahawabahawa virus sukar dibiakkan.
Singkatnya, virus itu memasuki inang kucing baru, tetapi organisma inang tidak begitu sesuai untuk parasit, dan tidak dapat menetap di dalamnya dengan betul. "Dalam banyak peralihan, tidak ada bukti bahwa virus baru berkembang biak dalam kuar," kata Vandewood. (Sebaliknya, pasukan Vandewood mendapati bahawa bentuk virus lynx tertentu berpindah ke panther Florida, yang menyebarkan varian yang telah mereka sesuaikan.) Oleh kerana peralihan lentivirus dari satu spesies kucing ke spesies kucing yang lain sering terjadi, ia dapat bermutasi dengan kuat dari masa ke masa, setelah itu cougar akan menjadi habitat yang sesuai untuknya. Tetapi setakat ini perkara ini tidak berlaku, walaupun ada banyak peluang seperti itu.
Lebih-lebih lagi, apabila virus berjaya melompat dari satu spesies ke spesies lain, mereka dapat menjadi mangsa kejayaan mereka sendiri. Ini terutama berlaku untuk populasi kecil yang terpencil (ini adalah berapa banyak spesies baru dilahirkan). Virus berbahaya dengan cepat dapat memusnahkan host yang ada, setelah itu virus itu hilang sendiri.
Atas sebab ini, ahli virologi dapat mengatakan dengan keyakinan yang tinggi bahawa walaupun interspesies melonjak dalam jangka masa yang kerap berlaku, perbezaan bersama virus dan inangnya mungkin menjadi kebiasaan. Tetapi ada sedikit bukti eksperimen untuk menyokong andaian ini. “Perbezaan bersama yang ideal adalah salah satu fenomena yang boleh anda pelajari. Tetapi jika anda cuba mencari contoh yang baik dari perbezaan pendapat semacam ini, ternyata mereka sangat jarang berlaku,”kata Pennings.
Profesor biologi di University of Sydney, Edward Holmes, dan rakan-rakannya dari Australia memutuskan untuk menyelesaikan misteri ini. Dengan menggunakan data mengenai genom virus, mereka menyusun semula sejarah evolusi 19 keluarga virus utama, masing-masing mengandungi 23 hingga 142 virus yang menghuni pelbagai inang, dari mamalia hingga ikan dan tumbuhan. Mereka membuat skema filogenetik (evolusi) untuk keluarga virus dan spesies inang mereka, dan kemudian membandingkannya. Para saintis beralasan seperti berikut: jika virus pada dasarnya berpindah dengan inangnya, berkembang dengan virus itu, maka dalam hal ini skema filogenetik virus harus serupa dengan virus inangnya, kerana nenek moyang virus harus menjangkiti nenek moyang inang. Tetapi jika virus itu melompat dari host ke host,corak evolusi host dan virus akan kelihatan berbeza. Apa bezanya? Ia bergantung pada jumlah peralihan interspesies.
Dalam karya mereka, yang diterbitkan dalam jurnal PLOS Pathogens, mereka melaporkan bahawa di semua 19 keluarga virus, peralihan interspesies tersebar luas. Holmes mengatakan tidak mengejutkan baginya bahawa setiap keluarga virus yang mereka pelajari kelihatan seperti membuat lonjakan antar spesies. Tetapi dia terkejut dengan seberapa sering mereka melakukan lonjakan sedemikian sepanjang sejarah mereka. "Mereka semua melakukannya," kata Holmes. "Dan ini adalah sesuatu yang luar biasa."
Merujuk kepada persoalan mengapa para saintis sebelumnya tidak menyedari betapa pentingnya peralihan interspesifik untuk evolusi virus, Holmes menjelaskan bahawa pada masa lalu, penulis kajian filogenetik sering menganggap masalah ini terlalu sempit, mengkaji sejumlah spesies dan virus inang yang agak kecil, dan melakukannya dalam jangka waktu yang kecil … Dalam 10 atau 20 tahun, anda mungkin tidak mendapat lompatan interspesies. "Dan dalam sejuta tahun ini pasti berlaku," kata Holmes.
Pendekatan inovatifnya "memberikan pandangan mengenai hubungan jangka panjang antara host dan virus," kata John Denn, profesor biologi bersekutu di Queens College, kajian itu.
Memahami bagaimana dan mengapa peralihan interspesies berlaku dibantu oleh pemerhatian Holmes dan rakannya terhadap virus RNA (yang menggunakan RNA sebagai bahan genetik). Mereka menyimpulkan bahawa virus seperti ini silang spesies lebih kerap daripada virus DNA (yang menggunakan DNA). "Ini mungkin disebabkan oleh fakta bahawa mereka mempunyai kadar mutasi yang lebih tinggi," kata Vandewood. Dengan gabungan genom yang lebih kecil dan kadar mutasi yang lebih tinggi, virus RNA mempunyai peluang yang lebih baik untuk menyesuaikan diri dengan lingkungan inang baru.
Sebagai tambahan, Holmes menerangkan trend ini dengan adanya kitaran hidup virus RNA dan DNA. Jangkitan dengan penyertaan virus RNA seringkali sukar, tetapi jangka masa pendek, iaitu, penyakit itu datang dan cepat berlanjutan, seperti halnya selesema atau selesema biasa. Kesukaran ini membawa kepada fakta bahawa virus mungkin melepaskan peluang untuk menjadi sebahagian daripada spesies inang yang baru muncul. "Dalam virus berbahaya, kesan merosakkan berlangsung selama berhari-hari atau berminggu-minggu," kata Holmes. “Rata-rata, perbezaan bersama dalam kes seperti ini jarang terjadi. Hanya virus itu hilang dengan cepat."
Tetapi jangkitan yang melibatkan virus DNA selalunya kronik. Apabila sebahagian daripada populasi inang menyimpang dari bentuknya yang biasa untuk membuat spesies baru, kemungkinan besar virus tersebut akan diserang, kerana banyak lagi host yang dijangkiti. Oleh itu, kemungkinan perbezaan bersama antara virus dan inang barunya meningkat.
Gaya hidup tuan rumah juga berperanan dalam peralihan virus dan perbezaan antara lompatan interspesies ini. "Kami tahu bahawa ukuran dan kepadatan populasi inang sangat penting, dan faktor itu menentukan berapa banyak virus yang mereka bawa," kata Holmes. Dia menyebut kelawar sebagai contoh. Kelawar cenderung membawa sebilangan besar virus yang berlainan, tetapi ini sebahagiannya disebabkan oleh fakta bahawa terdapat sejumlah besar kelawar. Populasi sebegini besar kemungkinannya terkena virus. "Terdapat peraturan ekologi yang sangat sederhana: semakin banyak inang, semakin berbahaya virus yang mereka bawa," kata Holmes. "Hanya saja virus ini mempunyai peluang yang lebih baik untuk mencari host yang rentan."
Pada tahun 1975, Francis L. Black dari Universiti Yale menulis makalah penyelidikan yang memberikan pemahaman mendalam tentang bagaimana dinamika populasi tuan rumah mempengaruhi penyakit manusia. Setelah mengkaji komuniti orang asli Amazon yang agak terpencil dan kecil, para saintis mendapati bahawa jangkitan virus kronik pada orang-orang ini sering berlaku, tetapi jangkitan akut kebanyakannya tidak ada. Pengasingan melindungi suku ini dari virus baru. Beberapa virus berbahaya yang bagaimanapun masuk ke dalam komuniti peribumi segera mati. Mereka mempunyai sedikit host untuk bertahan hidup, dan oleh itu virus-virus itu hilang dengan cepat.
Penemuan bahawa peralihan interspesifik sering berlaku boleh menyebabkan kebimbangan besar, kerana ia berkaitan dengan penyakit baru yang berbahaya. Pada masa lalu, terdapat banyak lompatan dan ia sering berlaku. Jadi apa masa depan yang ada untuk kita - sama, tetapi dalam jumlah yang banyak?
Tidak perlu. "Statistik peralihan interspesies dari masa lalu tidak selalu tepat meramalkan masa depan, terutama ketika datang ke manusia," kata Pennings. Gaya hidup kita hari ini juga berbeza dengan cara orang hidup beberapa abad yang lalu, dan oleh itu risiko dijangkiti penyakit baru nampaknya berbeza bagi kita.
Seseorang juga merupakan pembawa sejumlah besar virus. Populasi kami terlalu besar, dan kami sangat mudah alih, yang bermaksud bahawa kami dengan mudah dan mudah menyebarkan virus ke host yang rentan baru. "Kami melakukan banyak perkara yang meningkatkan kemungkinan penularan virus. Kami suka mencucuk hidung di tempat-tempat di mana kita tidak boleh pergi, kita terlalu sering mengambil risiko, kita makan apa yang tidak boleh kita makan,”kata Vandewood. "Kami mungkin adalah pelanggar peraturan terburuk, dan oleh itu paling sering kami menjadi objek lompatan interspesies - hanya kerana kami kadang-kadang melakukan tindakan gila."
Perbuatan tidak siuman seperti itu sering menyebabkan perlanggaran dengan spesies lain. Semakin kerap kita melakukan ini, semakin banyak kita terdedah kepada virus baru. Spesies yang kita bersentuhan paling kerap membahayakan kita. "Kita lebih cenderung dijangkiti sesuatu dari tikus daripada harimau," kata Pennings.
Walau bagaimanapun, penyelidikan lebih lanjut mengenai sejarah evolusi virus akan membantu para saintis memahami jika ada spesies yang harus kita perhatikan sebagai sumber jangkitan baru. (Ahli epidemiologi sudah memantau virus yang ditularkan dari unggas ke manusia dengan teliti, kerana mereka takut selesema burung.) Virus dari tumbuhan, ikan dan mamalia mungkin sama berbahaya bagi manusia. Sama ada kemungkinan bahawa dalam penyelidikan untuk meramalkan wabak berikutnya, para saintis akan memusatkan fokus mereka kepada beberapa kumpulan berisiko tinggi.
Holmes mempunyai sudut pandangan yang berbeza. "Saya tidak menyangka ramalan dalam kes ini berkesan," katanya. "Saya faham mengapa ini dilakukan, tetapi jumlah virus baru yang kami dapat mengesannya sangat besar, dan oleh itu ramalan dalam kes ini tidak sesuai."
Nasib baik, analisis semacam ini menjadi lebih mudah dengan munculnya dan berkembangnya metagenomik, kerana cabang genomik disebut, yang tidak mengkaji genom organisma individu, tetapi keseluruhan maklumat genom yang diperoleh dari persekitaran. Sebagai sebahagian daripada penyelidikan tersebut, Holmes dan rakannya memilih urutan genom dari pelbagai pangkalan data yang ada. Mereka tidak memerlukan sampel virus secara fizikal, dan ini sendiri merupakan inovasi dalam bidang penyelidikan. "Virologi bergerak ke tahap baru di mana metagenomik dapat digunakan untuk mengambil sampel secara besar-besaran untuk melihat apa yang ada," kata Holmes.
Dia juga menyatakan bahawa maklumat baru mengenai virus lebih banyak tersedia hari ini, dan oleh itu skema filogenetik yang dibuat olehnya dan rakan-rakannya dalam masa terdekat akan mengalami perubahan besar. "Dalam tiga tahun, skema ini akan jauh lebih lengkap, kerana kita akan menemui begitu banyak sampel baru virus ini," janji Holmes.
Mallory Locklear
