Po stopách původu koronaviru. Odkud se vzal a jak se přesně šířil?

Pátrání vědců od počátku znesnadňuje to, jakým způsobem se u lidí respirační onemocnění covid-19 způsobené koronavirem projevuje, nebo spíše neprojevuje. Dosud neznáme ani přibližné procento lidí, kteří nepociťují žádné příznaky, ale jsou infekční. Příznaky samotné jsou pak podobné jiným onemocněním dýchacích cest, což zejména v počátku pandemie bylo velmi matoucí.

Koronavirus se navíc v mnoha ohledech chová podle vědců „nestandardně“, to pak nahrává teoriím, že byl vytvořen uměle. Jak se to s ním ale má doopravdy?

Tři nejčastější teorie o vzniku koronaviru hovoří o přírodním původu, náhodném úniku z laboratoře a vytvoření člověkem. Především poslední varianta je oblíbeným tématem konspiračních teoretiků, kloní se k ní i někteří vědci, byť o poznání střízlivěji.

Většina odborníků však tuto teorii vylučuje. Virus je příliš odlišný od jiných virů, které zatím známe. Zatímco například česká molekulární genetička Soňa Peková toto považuje za jeden z možných náznaků, že s virem manipuloval člověk, jiní experti právě to považují za důkaz opaku.

Tým vědců ze Spojených států, Velké Británie a Austrálie v časopise Nature Medicine publikoval před měsícem výzkum, jehož překlad přinesla Akademie věd ČR, který tvrdí, že na základě analýz genomových sekvencí dosud známých koronavirů je zřejmé, že ten stávající je nejvíce příbuzný s koronavirem z netopýrů (CoV RaTG13). Další studie ukázaly, že jde o netopýry z čeledi vrápencovitých z provincie Jün-nan.

Tým pod vedením Kristiana Andersena, imunologa a mikrobiologa z amerického institutu Scripps Research se zaměřil na dvě charakteristiky viru. Za prvé na tzv. RBD (angl. receptor-binding domain - zjednodušeně řečeno část viru, která se váže na receptor cílových buněk), za druhé na tzv. místo štěpení, kde enzymy hostitele aktivují virový protein ke vstupu do buněk.

RBD nového koronaviru se dobře váže na receptor ACE2, jenž se nachází v lidských plicních buňkách. Nové RBD je však naprosto odlišné od RBD dosud známých koronavirů. Vytvořit něco takového by nedávalo smysl. Vědci dodávají, že pokud by se někdo snažil vytvořit nový virus, pak by byl odvozen od dobře známých a v laboratořích používaných koronavirů.

Jinými slovy, pokud byste chtěli vyrobit auto, které by splňovalo vaše požadavky, a měli byste na to značně omezené prostředky (v tomto případě omezený vědecký stupeň poznání), sáhli byste spíše k úpravě auta, které už máte, než stavěním zbrusu nového vozu.

Mohlo však jít o dosud neznámý virus, který někdo izoloval u netopýrů a následně ho laboratorně upravil? I na to má analýza týmu pod vedením imunologa Andersena odpověď.

„Porovnáním genomových sekvencí různých dostupných kmenů koronavirů jsme zjistili, že SARS-CoV-2 je výsledkem přirozených evolučních procesů,“ uvedl Andersen. „Specifické mutace v RBD části bílkoviny a odlišná molekulární struktura vylučují laboratorní manipulaci jako potenciální původ onemocnění covid-19,“ dodal.

K přirozenému původu viru se přiklonili i odborníci Světové zdravotnické organizace (WHO). Nadále pokládají za nejpravděpodobnější, že se virus způsobující nemoc covid-19 na člověka přenesl z netopýrů v Číně. Jak k tomuto přenosu došlo, není zatím zřejmé. I podle WHO je však očividné, že patogen musel mít i další hostitele.

Téměř od počátku šíření se jako o mezičlánku uvažovalo o luskounech. Ze kterého zvířete se však virus nakonec skutečně mohl přenést na člověka, bude velmi těžko zjistitelné. Některé viry se totiž mohou snadno přenášet napříč živočišnými druhy.

„Část problému je i to, že informace jsou jen tak dobré, jak dobrý je průzkum,“ uvedl proferos Stephen Turner, šéf mikrobiologie na univerzitě v melbournském Monash.

Fakt, že se koronavirem nakazily i kočkovité šelmy v zoo v New Yorku, podle něj jen dokazuje to, že je klíčové zjistit, kolik zvířat se může koronavirem nakazit a moci ho dál efektivně přenášet.

Podle Andersena jsou dva pravděpodobné scénáře o původu viru. V prvním se virus vyvinul do svého současného patogenního stavu přirozenou selekcí ve zvířecím hostiteli a poté „přeskočil“ na člověka.

Ve druhém nepatogenní verze viru nejprve „přeskočila“ ze zvířecího hostitele na člověka a teprve poté se přizpůsobila do svého současného patogenního stavu v lidské populaci. Například některé koronaviry z luskounů a jiných savců z Asie a Afriky mají strukturu RBD velmi podobnou struktuře SARS-CoV-2.

Koronavirus by tak z luskounů mohl být přenesen na člověka přímo či prostřednictvím cibetek nebo fretek. Nemoc se mohla vyvinout v lidských buňkách a pak se začít rychle šířit a spustit pandemii.

Spoluautor studie Andrew Rambaut z britské Univerzity v Edinburghu nicméně vysvětlil, že je nesmírně obtížné určit, který ze dvou scénářů je pravděpodobnější. „Pokud by SARS-CoV-2 vstoupil do člověka ve své současné patogenní formě ze zvířecího zdroje, zvyšuje se riziko budoucích ohnisek, protože kmen viru způsobující nemoc by stále mohl cirkulovat v populaci zvířat a pak znovu přeskočit na lidi,“ upozornil.

K dalším teoriím patří ta, která tvrdí, že virus je přirozeného původu, člověk s ním geneticky nemanipuloval, ovšem virus unikl z laboratoře, která ho zkoumala. Nejčastěji se v těchto případech skloňuje Wuchanský institut virologie, kde jsou zkoumány i koronaviry. Na rozdíl od lidské manipulace přímo s virem, únik vědecky dokázat nelze. Čínské úřady i vedení institutu možnost úniku popírají.

Pokud virus pochází od netopýrů z jeskyně v provincii Jün-nan, jak se mohla nákaza dostat na trh ve Wu-chanu, které dosud bylo považováno za prvotní ohnisko pandemie? Jedním z možných vysvětlení je právě role mezihostitele. Nezačal se však koronavirus šířit mezi lidmi už dříve než na wuchanském tržišti?

Analýzy prvních 41 zdokumentovaných případů pacientů s covid-19 spojily s neblaze proslulým tržištěm pouze 27 z nich, přičemž chronologicky první případ jakékoliv spojení s tržištěm postrádal. Vzhledem k tomu, že koronavirus SARS-CoV-2 se šíří z podstatné části „neviditelně“, časová mapa jednotlivých případů může být zavádějící.

Detailnější představu, jak se virus šířil a z jakého místa by mohl pocházet, se snaží vytvořit týmy, které vytvářejí tzv. fylogenetické stromy. Znázorňují příbuzenské vztahy mezi jednotlivými biologickými druhy. V tomto případě jde o různé mutace SARS-CoV-2. Tento strom navíc umožňuje vědcům zasadit vývoj koronaviru do časového rámce.

Viry totiž rychle mutují. Mutace je běžná změna, ke které dochází u virů velmi rychle. Koronavirus se množí replikací své RNA, při jejím kopírování však dochází k chybám. V některých případech může dojít ke změně chování viru, jelikož však jde o náhodné chyby, dochází k tomu zřídka.

„Většina z těch mutací je ale takzvaně synonymních, tedy takových, které nemění biochemický význam té ‚zprávy'. Vznikají tak stejné proteiny, což je pro funkci viru zásadní. Tyto mutanty jsou ale velmi užitečné pro vystopování historie šíření viru,” objasnil pro Novinky imunolog Václav Hořejší z Ústavu molekulární genetiky Akademie věd ČR.

Vědci však díky těmto změnám od sebe dokážou rozeznat různě zmutované viry analýzou jejich genetické sekvence. K mutacím viru dochází průměrně 2,5krát měsíčně a díky tomuto údaji mohou jednotlivé mutace používat jako „molekulární hodiny“ a určit, kdy se od sebe jednotlivé typy koronavirů SARS-CoV-2 oddělily.

Zřejmě zatím nejúplnější mapa pochází od vědců spolupracujících v projektu Nextstrain. Tento mezinárodní projekt nevznikl výhradně kvůli koronaviru, ale už několik let před nynější pandemií, a to s cílem analyzovat a zachytit evoluci patogenů. Funguje v režimu „open source“, tzn. využívá volně dostupná vědecká data. Díky tomu zpracovává obrovské množství vzorků koronaviru z celého světa.

Projekt Nextstrain odhalil zatím na 10 tisíc různých genomů koronaviru SARS-CoV-2. Žádná z nich zatím neměla podle zapojených odborníků významný vliv na snadnost přenosu či virulenci (schopnost organismu vyvolat onemocnění nebo usmrtit hostitele), i když aktuální studie Čeťiangské univerzity naznačuje opak. Projekt Nextstrain odhalil asi 40 výraznějších změn mezi nejvzdálenějšími mutacemi viru.

„Jak bude epidemie postupovat, některé linie viru budou přežívat, některé vymřou. Samozřejmě můžeme mít mutace, které změní charakter viru, zatím jsme ale nic takového nezaznamenali,“ uvedl pro Financial Times Nick Loman, profesor mikrobiální genomiky z univerzity v Birminghamu.

Stejně jako jiné studie, které se snaží zmapovat vývoj genetických mutací, i projekt Nextstrain má nejstarší vzorek koronaviru izolovaný 24. prosince 2019. Ten mu slouží jako základní kámen a od něj poté sledují všechny další mutace koronaviru. Díky tomu se podařilo ověřit, že koronavirus se v Severní Americe a Evropě neobjevil dříve než v půlce ledna. Vědci pak vylučují, že by se v Číně objevil koronavirus u lidí dříve než v polovině listopadu.

„Koluje spousta zvěstí, že koronavirus se přenášel v populaci v Kalifornii už na podzim roku 2019 a vyvinula se kolektivní imunita. Teď jsme vědecky ověřili, že tomu tak nebylo,“ uvedl zakladatel projektu Trevor Bedford z Centra Freda Hutchinsona pro výzkum rakoviny v Seattlu. Podrobná mapa mutací také vyvrací konspirační teorie o tom, že ve skutečnosti virus pochází z USA a do Číny ho zatáhli američtí vojáci.

„Genetická epidemiologie bude klíčovým nástrojem ve snaze lidstva covid-19 porazit a navrátit svět zpět k normálu,“ uvedla Emma Hodcroftová, evoluční genetička z Basilejské univerzity. „Pro začátek bude zásadní při určení rozdílu mezi lokálním a importovaným přenosem, během toho, co bude docházet k uvolňování,“ dodala. Až bude vyvinut lék a vakcína, mapování bude rovněž stěžejní pro sledování, zda virus nezačíná jevit známky rezistence.

Jiný pohled nabízí dvě studie, které se rovněž zabývaly vytvořením fylogenetického stromu. Tu první zveřejnil čínský tým pod vedením biologa jménem Jü Wen-pin už v polovině února. Druhou, o něco rozsáhlejší studii, uveřejnil 8. dubna tým britského genetika Petera Forstera z univerzity v Cambridge. Obě studie tvrdí, že nákaza u lidí nevypukla ve Wu-chanu.

Forster navíc uvádí, že s jistotou okolo 95 procent vypukla nákaza v období mezi loňským 13. zářím až 7. prosincem. Analýzou 160 vzorků (Wen-pin jich měl k dispozici 92) vytvořil Forster se svým týmem fylogenetický strom, kde jednotlivé varianty viru zařadil do tři skupin podle toho, jak jsou si podobné s virem izolovaným z těla netopýra, který je považován za běžného nositele koronaviru SARS-CoV-2.

První, tedy typ A, se považuje za základní, protože se nejvíce podobá tomu, jenž vědci objevili u netopýrů, kteří ho přes mezihostitele nejspíš přenesli na člověka. Existují ještě dvě další skupiny, a to B a C.

Důvod, proč Forster a jeho tým pochybují, že se virus začal šířit až v prosinci, je, že ve Wu-chanu převážná část nakažených trpěla typem B, tedy už zmutovaným. Typ A se nejvíce vyskytuje v USA a v Austrálii, typem C (dceřiným typem skupiny B) je nejvíce postižena Evropa.

Pro výskyt skupiny B víceméně pouze ve východní Asii mají vědci možné řešení, které nemusí pocházet z roviny konspiračních teorií. Může to být důsledkem takzvaného „efektu hrdla láhve“. Tento efekt znamená, že při snížení populace dojde k poklesu genetické rozmanitosti a při obnovení populace už všichni jedinci nesou pouze genetickou informaci těch, kteří snížení přežili. V případě viru to znamená, že v Číně z nějakého důvodu přežily pouze viry ze skupiny B, které se pak rozšířily dál do východní Asie.

Všechny tyto studie ukazují, jak obrovské úsilí věnují vědci tomu, aby zjistili o koronaviru co nejvíce. Díky novým technologiím dokázali za pár měsíců to, co by dříve trvalo podstatně déle.

Je možné, že další studie výše uvedené práce vyvrátí či doplní a některé teorie nemusí už za týden platit. To je však princip samotného vědeckého bádání, které nyní v době krize vidíme ve zrychlené formě.

Stále je toho mnoho, co o novém koronaviru nevíme, další výzkumy nám pomohou nejen odhalit jeho tajemství, ale i lépe se připravit na pandemii příští.