Osoba, która zachorowała na odrę 100 lat temu, pomaga naukowcom prześledzić pochodzenie wirusa

Chorobliwe ludzkie płuco, utrwalone w formalinie przez ponad 100 lat, pomogło naukowcom prześledzić historię wirusa odry i umiejscowić jego pochodzenie aż w szóstym wieku p.n.e.

Przez lata płuco to siedziało w piwnicy berlińskiego Muzeum Historii Medycyny wraz z setkami innych próbek płuc, wszystkie zebrane i zakonserwowane między latami 1870 a 1930. Polując na dobrze zachowane patogeny układu oddechowego, wirusolog Sébastien Calvignac-Spencer z Instytutu Roberta Kocha i jego zespół badawczy zeszli do piwnicy i zajrzeli do każdego słoika. „To kwestia szczęścia”, że zespół znalazł płuco należące do 2-letniego pacjenta z odrą, który zmarł na tę chorobę w 1912 roku, powiedział Calvignac-Spencer.

Zespołowi udało się wyodrębnić próbki wirusa ze 108-letniej tkanki płucnej i wykorzystać materiał genetyczny – najstarszy genom odry, jaki kiedykolwiek zsekwencjonowano – aby dowiedzieć się więcej o pochodzeniu patogenu. W nowym badaniu, opublikowanym dzisiaj (18 czerwca) w czasopiśmie Science, szacują oni, że odra mogła oddzielić się od swojego najbliższego znanego krewnego, obecnie wyeliminowanego wirusa bydła, już w 528 r. p.n.e.

Nowe oszacowanie sugeruje, że wirus może być „ponad 1000 lat starszy niż jakiekolwiek poprzednie oszacowanie”, powiedział Calvignac-Spencer w wywiadzie dla Live Science.

Powiązane: 11 (czasami) śmiertelnych chorób, które przeskoczyły przez gatunki

Rzadkie znalezisko

Poprzednie badania przewidywały, że odra i wymarły wirus bydła, zwany księgosuszem, oddzieliły się od ich najnowszego wspólnego przodka między 11 a 12 wiekiem, zgodnie z raportem z 2011 roku w czasopiśmie Molecular Biology and Evolution (MBE). Jednak perski lekarz Muhammad ibn Zakariya al-Razi napisał kliniczny opis odry w X wieku, więc coś tu nie grało.

„Podział między odrą i księgosuszem jest wyraźnie niedoszacowany”, powiedział Joel Wertheim, autor raportu MBE i asystent profesora medycyny na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego, który nie był zaangażowany w nowe badania Science. Te niedoszacowania wynikają z dwóch krytycznych kwestii: braku starych próbek odry i błędnych założeń na temat tego, jak wirus mutuje w czasie, które przechylają modele ewolucyjne w kierunku „śmiesznie niedawnej daty”, Wertheim powiedział Live Science.

Wertheim i jego współautorzy zbudowali nowy model, aby uwzględnić te czynniki i odsunęli datę pochodzenia do końca dziewiątego wieku, ale „nie sądziliśmy, że mamy rację”, powiedział. Teraz, Calvignac-Spencer i jego zespół osiągnęli bardziej realistyczne oszacowanie, w części, przez włączenie nowo odkrytego okazu z 1912 roku do ich analizy, powiedział Wertheim.

Related: Going viral: 6 nowych odkryć na temat wirusów

Zanim zespół znalazł próbkę z 1912 roku, najstarszy genom odry, jaki kiedykolwiek zsekwencjonowano, pochodził z 1954 roku, zauważyli autorzy. Naukowcy szacują tempo zmian ewolucyjnych, czyli jak dużo i jak szybko wirus mutuje, porównując próbki zebrane w różnym czasie i śledząc różnice w ich kodzie genetycznym. Im więcej i starszych próbek badamy, tym jaśniejsze staje się tempo zmian, powiedział Calvignac-Spencer.

Ale kręgosłupem wirusa odry jest RNA, rodzaj materiału genetycznego, który szybko ulega degradacji w porównaniu z jego mocniejszym kuzynem DNA. Próbka z 1912 roku uniknęła tego losu, ponieważ płuco zostało utrwalone w formalinie, środku konserwującym, który zatrzymuje reakcje chemiczne, które w przeciwnym razie doprowadziłyby do degradacji RNA. Formalina również „przykleja” zakonserwowane RNA do pobliskich cząsteczek, co utrudnia jego ekstrakcję, powiedział Calvignac-Spencer.

Aby odkleić RNA, zespół pokroił 0,007 uncji (200 miligramów) tkanki z płuca i zagotował maleńką próbkę, powodując, że lepkie cząsteczki wewnątrz rozpadły się bez niszczenia RNA. Zespół następnie skonstruował „prawie kompletny” genom z uratowanego RNA, napisali. Aby jeszcze bardziej wzbogacić swój model ewolucyjny, zespół przeszukał kolekcję próbek genetycznych w Niemieckim Narodowym Laboratorium Referencyjnym i znalazł dwie próbki odry zebrane w 1960 roku, aby dodać je do swojej analizy.

Budując lepsze modele

Zespół zbudował swój model ewolucyjny z próbki z 1912 roku, próbek z 1960 roku i 127 dodatkowych próbek, większość zebranych w lub po latach 90-tych. Drugi model porównał około 50 sekwencji odry z wirusem księgosuszu, który został uznany za zwalczony w 2011 roku, i jego najbliższym krewnym peste des petits ruminants (PPRV), który infekuje kozy i owce, aby ustalić, kiedy te patogeny oddzieliły się od wspólnego przodka.

W obu tych modelach, zespół wziął pod uwagę zjawisko zwane „selekcją oczyszczającą”, które wiele poprzednich badań przeoczyło, powiedział Calvignac-Spencer. Podczas gdy niektóre ewolucyjne naciski dodają pomocne mutacje do genomu i utrzymują go stabilnym w czasie, tak zwana selekcja oczyszczająca oczyszcza szkodliwe mutacje z genomu, zanim zdołają się one nagromadzić. Te uzupełniające się siły pomagają ustalić tempo zmian ewolucyjnych, więc aby oszacować, kiedy odra pojawiła się po raz pierwszy, należy uwzględnić selekcję oczyszczającą – powiedział Wertheim.

„Możesz zmienić się o rząd wielkości, biorąc pod uwagę selekcję oczyszczającą”, powiedział. Selekcja oczyszczająca, w części, powoduje, że pewne segmenty genomu mutują łatwo i często, podczas gdy inne prawie w ogóle się nie zmieniają, dodał. „Będziesz miał kilka mutacji uderzających w tę samą pozycję w kółko,” ale ponieważ masz tylko ograniczoną liczbę próbek, możesz przegapić niektóre z tych mutacji, Calvignac-Spencer powiedział. Zespół zaprojektował swój model, aby uchwycić te mutacje, które w przeciwnym razie mogą zostać przeoczone.

W oparciu o to, kiedy księgosusz i odra się rozdzieliły, „najwcześniejsza możliwa data powstania odry w populacjach ludzkich” nastąpiła około szóstego wieku przed naszą erą, chociaż dokładna data pierwszego zakażenia ludzi wirusem pozostaje nieznana.

Calvignac-Spencer powiedział, że jest zainteresowany odkryciem starożytnych próbek odry, jeśli takie istnieją, aby jeszcze bardziej udoskonalić nasze rozumienie historii patogenu. Wertheim powiedział, że przewiduje, iż więcej wirusologów dołączy do polowania na starożytne próbki czające się w muzealnych piwnicach i szpitalnych archiwach.

„Byłem zdumiony, kiedy zobaczyłem, że są w stanie wyciągnąć ponad 100-letniego wirusa z tkanki płucnej,” powiedział Wertheim. Myślę, że więcej wirusologów zacznie używać „starszych i starszych wirusów, ponieważ ludzie stają się bardziej ambitni i zachęceni tymi wynikami”, dodał.

• 20 najgorszych epidemii i pandemii w historii
• 12 najbardziej śmiercionośnych wirusów na Ziemi
• Top 10 tajemniczych chorób

Originally published on Live Science.

.