Plötsligt dyker de upp, och liksom SARS-CoV-2-coronaviruset, kan de utlösa stora epidemier:Virus som ingen hade på sin radar. De är egentligen inte nya, men de har förändrats genetiskt. I synnerhet kan utbytet av genetiskt material mellan olika virusarter leda till plötslig uppkomst av hotfulla patogener med väsentligt förändrade egenskaper.
Det tyder på aktuella genetiska analyser som utförts av ett internationellt forskarlag. Virologer från det tyska cancerforskningscentret (DKFZ) ansvarade för den storskaliga studien, publicerad i tidskriften PLOS Pathogens .
"Med en ny datorstödd analysmetod upptäckte vi 40 tidigare okända nidovirus i olika ryggradsdjur från fisk till gnagare, inklusive 13 coronavirus", rapporterar DKFZ-gruppledare Stefan Seitz. Med hjälp av högpresterande datorer har forskargruppen, där även Chris Laubers arbetsgrupp från Helmholtz Center for Infection Research i Hannover ingår, sållat närmare 300 000 datamängder. Enligt virologen Seitz öppnar det faktum att vi nu kan analysera så enorma mängder data på en gång för helt nya perspektiv.
Virusforskningen är fortfarande i sin relativa linda. Endast en bråkdel av alla virus som förekommer i naturen är kända, särskilt de som orsakar sjukdomar hos människor, husdjur och grödor. Den nya metoden lovar därför ett kvantsprång i kunskapen när det gäller den naturliga virusreservoaren. Stefan Seitz och hans kollegor skickade genetiska data från ryggradsdjur lagrade i vetenskapliga databaser genom sina högpresterande datorer med nya frågor. De sökte efter virusinfekterade djur för att i stor skala skaffa och studera viralt genetiskt material. Huvudfokus låg på så kallade nidovirus, som inkluderar coronavirusfamiljen.
Nidovirus, vars genetiska material består av RNA (ribonukleinsyra), är utbredda hos ryggradsdjur. Denna artrika grupp av virus har några gemensamma egenskaper som skiljer dem från alla andra RNA-virus och dokumenterar deras förhållande. Annars är nidovirus väldigt olika varandra, dvs när det gäller storleken på deras genom.
En upptäckt är särskilt intressant med avseende på uppkomsten av nya virus:Hos värddjur som samtidigt är infekterade med olika virus kan en rekombination av virala gener ske under virusreplikation.
"Tydligen byter nidovirus vi upptäckt i fisk ofta genetiskt material mellan olika virusarter, även över familjegränser", säger Seitz. Och när avlägsna släktingar "korsningar" kan detta leda till uppkomsten av virus med helt nya egenskaper. Enligt Seitz kan sådana evolutionära språng påverka virusens aggressivitet och farlighet, men också deras vidhäftning till vissa värddjur.
"Ett genetiskt utbyte, som vi har hittat i fiskvirus, kommer förmodligen också att ske i däggdjursvirus", förklarar Seitz. Fladdermöss, som – som näbbmussna – ofta är infekterade med ett stort antal olika virus, anses vara en riktig smältdegel. SARS-CoV-2-coronaviruset utvecklades förmodligen också hos fladdermöss och hoppade därifrån till människor.
Efter genutbyte mellan nidovirus förändras ofta spikeproteinet med vilket virusen dockar på sina värdceller. Chris Lauber, första författare till studien, kunde visa detta med hjälp av släktträdsanalyser. Att modifiera denna ankarmolekyl kan avsevärt förändra virusens egenskaper till deras fördel – genom att öka deras smittsamhet eller göra det möjligt för dem att byta värd.
Ett byte av värd, särskilt från djur till människor, kan avsevärt underlätta spridningen av viruset, vilket corona-pandemin med eftertryck har visat. Virala "game-changers" kan plötsligt dyka upp när som helst, bli ett massivt hot, och - om trycket kommer till - utlösa en pandemi. Utgångspunkten kan vara ett enda dubbelinfekterat värddjur.
Den nya högpresterande datorprocessen kan hjälpa till att förhindra spridningen av nya virus. Det möjliggör en systematisk sökning efter virusvarianter som är potentiellt farliga för människor, förklarar Seitz.
DKFZ-forskaren ser en annan viktig möjlig tillämpning när det gäller hans speciella forskningsområde, virusassocierad karcinogenes:"Jag skulle kunna tänka mig att vi skulle kunna använda den nya High Performance Computing (HPC) för att systematiskt undersöka cancerpatienter eller immunförsvagade personer för virus. Vi vet att cancer kan utlösas av virus, det mest kända exemplet är mänskliga papillomvirus. Men vi ser förmodligen bara toppen av isberget än så länge mänsklig organism och öka risken för maligna tumörer."
Mer information: Chris Lauber et al, Deep mining of the Sequence Read Archive avslöjar stora genetiska innovationer i coronavirus och andra nidovirus från vattenlevande ryggradsdjur, PLOS Patogener (2024). DOI:10.1371/journal.ppat.1012163
Journalinformation: PLoS-patogener
Tillhandahålls av German Cancer Research Center
