Nieuwe coronavirus is het product van natuurlijke evolutie

"Door de beschikbare sequentiegegevens voor bekende stammen van coronavirussen te vergelijken, hebben we met zekerheid kunnen vaststellen dat SARS-CoV-2 door natuurlijke processen ontstaan is", zei dokter Kristian Andersen in een persbericht van Scripps Research. Andersen is geassocieerd professor immunologie en microbiologie aan de Amerikaanse medische onderzoeksinstelling Scripps Research en de corresponderende auteur van de nieuwe studie. 

Coronavirussen zijn een grote familie van virussen die ziektes kunnen veroorzaken die variëren van erg mild, een verkoudheid bijvoorbeeld, tot zeer ernstig. De eerste bekende ernstige ziekte die veroorzaakt werd door een coronavirus, dook in 2003 op in China met de Severe Acute Respiratory Syndrome (SARS) epidemie. Een tweede uitbraak van een ernstige ziekte begon in 2012 in Saudi-Arabië met het Middle East Respiratory Syndrome (MERS).

En op 31 december van vorig jaar verwittigde de Chinese overheid dan de Wereldgezondheidsorganisatie WHO van de uitbraak van een nieuwe stam van het coronavirus die een ernstige ziekte veroorzaakte, en vervolgens de officiële naam SARS-CoV-2 kreeg. Die heeft intussen tot de COVID-19 uitbraak geleid, een pandemie - een wereldwijde epidemie -, waarbij al bijna 200.000 mensen besmet zijn geraakt, en waarschijnlijk nog meer aangezien waarschijnlijk heel wat milde gevallen nooit vastgesteld zijn. Er zijn wereldwijd ook al bijna 10.000 mensen overleden aan de gevolgen van de ziekte.

Korte tijd na het uitbreken van de epidemie brachten Chinese wetenschappers het genoom - het geheel aan genetisch materiaal - van het SARS-CoV-2 virus letter na letter volledig in kaart en ze maakten die sequentie wereldwijd beschikbaar voor onderzoekers. Uit de gevonden gegevens voor de sequentie bleek dat de Chinese autoriteiten de epidemie snel hadden opgemerkt, en dat de toename van het aantal gevallen te wijten was aan het doorgeven van het virus van mens op mens, na één enkel geval waarbij het virus in de menselijke populatie was binnengedrongen, bij één mens dus. 

Dokter Andersen en medewerkers van verschillende andere onderzoeksinstellingen gebruikten de gegevens om de oorsprong en de evolutie van SARS-CoV-2 te onderzoeken door te focussen op een aantal veelbetekenende kenmerken van het virus. 

De onderzoekers onderzochten de genetische opmaak voor zogenoemde 'spike proteines' (piek-eiwitten), die het virus gebruikt om de buitenwanden van menselijke en dierlijke cellen vast te grijpen en binnen te dringen.

Meer specifiek legden ze zich toe op twee belangrijke delen van het spike-eiwit: het receptor bindend domein (receptor binding domain, RBD) een soort van enterhaak die zich vastmaakt aan de gastheercellen, en de splitsingsplaats (cleavage site), een moleculaire blikopener die het virus toelaat de gastheercellen open te breken en binnen te dringen. 

De geleerden ontdekten dat het RBD-gedeelte van de spike-eiwitten van het SARS-CoV-2 virus geëvolueerd was om met succes een moleculair onderdeel op de buitenkant van menselijke cellen als doelwit te nemen, een onderdeel dat ACE2 genoemd wordt en dat een receptor is die betrokken is bij het regelen van de bloeddruk. Het SARS-CoV-2 spike-eiwit was zo goed in het zich binden aan menselijke cellen, dat de onderzoekers besloten dat het het resultaat was van natuurlijke selectie en geen product van genetische manipulatie. 

Dit bewijs voor natuurlijke evolutie werd ondersteund door gegevens over de 'ruggengraat' van SARS-CoV-2 - zijn algemeen moleculaire structuur. Als iemand zou proberen een nieuw coronavirus te ontwerpen als ziekteverwekker, zou men het gemaakt hebben van de 'ruggengraat' van een virusstam waarvan geweten is dat hij ziekten veroorzaakt. Maar de onderzoekers ontdekten dat de 'ruggengraat' van SARS-CoV-2 substantieel verschilde van die van reeds bekende coronavirussen en het meest leek op virussen die gevonden werden bij vleermuizen en schubdieren. 

"Die twee kenmerken van het virus, de mutaties in het RBD-gedeelte van het spike-eiwit en zijn aparte 'ruggengraat', sluiten manipulatie in een laboratorium uit als de mogelijke oorsprong van SARS-CoV-2", zei Andersen. 

Dokter Josie Golding, het hoofd van de afdeling die zich met epidemieën bezig houdt bij de Britse Wellcome Trust, noemde de bevindingen van Andersen en zijn collega's "van cruciaal belang om een op bewijzen gebaseerde visie naar voren te brengen op de geruchten die de ronde doen over de oorsprong  van het virus dat COVID-19 veroorzaakt."

"Ze komen tot het besluit dat het virus het product is van natuurlijke evolutie", zo voegde ze eraan toe, "en maken zo een einde aan alle speculatie over een opzettelijk genetisch ontworpen virus." 

Op basis van hun analyse van de genoomsequentie kwamen Andersen en zijn collega's tot de conclusie dat het ontstaan van het SARS-CoV-2 virus hoogstwaarschijnlijk een van twee mogelijke scenario's gevolgd heeft. 

In één scenario is het virus geëvolueerd tot zijn huidige ziekteverwekkende staat door natuurlijke selectie in een niet-menselijke gastheer en vervolgens overgesprongen op mensen. 

Dit is hoe eerdere uitbraken van coronavirussen ontstaan zijn, waarbij mensen het virus opgelopen hebben na directe blootstelling aan civetkatten (SARS) en kamelen (MERS). 

De onderzoekers stellen vleermuizen voor als het meest waarschijnlijke reservoir voor SARS-CoV-2, aangezien het zeer gelijkaardig is aan een vleermuiscoronavirus. Er zijn echter geen gevallen bekend van een directe overdracht tussen vleermuizen en mensen, wat doet veronderstellen dat er waarschijnlijk nog een tussenliggende gastheer betrokken was tussen vleermuizen en mensen. 

In dit scenario zouden de beide typische kenmerken van het spike-eiwit van SARS-CoV-2 - het RBD-gedeelte dat zich bindt aan cellen en de splitsingsplaats die cellen openmaakt - geëvolueerd zijn naar hun huidige staat vooraleer het virus bij mensen is binnengedrongen. In dat geval zou de huidige epidemie waarschijnlijk snel opgedoken zijn van zodra mensen besmet waren, aangezien het virus al de kenmerken ontwikkeld had die het ziekteverwekkend maken en in staat om zich te verspreiden onder mensen. 

In het andere voorgestelde scenario is een niet-ziekteverwekkende versie van het virus van een dierlijke gastheer overgesprongen naar mensen, en dan geëvolueerd in de menselijke populatie naar zijn huidige ziekteverwekkende staat. 

Sommige coronavirussen van schubdieren bijvoorbeeld, op gordeldieren lijkende zoogdieren uit Azië en Afrika, hebben een RBD structuur die goed lijkt op die van SARS-CoV-2. Een coronavirus van een schubdier kan mogelijk overgedragen zijn op een mens, ofwel direct ofwel via een tussengastheer als een civetkat of een fret. 

Het andere typische kenmerk van de spike-eiwitten van SARS-CoV-2, de splitsingsplaats, zou dan kunnen geëvolueerd zijn in een menselijke gastheer, mogelijk door een beperkte, niet opgemerkte circulatie in de menselijke populatie voor het uitbreken van de epidemie. 

De onderzoekers ontdekten dat de bindingsplaats van SARS-CoV-2 lijkt op die van bepaalde stammen van de vogelgriep, waarvan is aangetoond dat ze zich makkelijk verspreiden onder mensen. 

SARS-CoV-2 zou een dergelijke virulente splitsingsplaats kunnen ontwikkeld hebben in menselijke cellen en vervolgens snel de huidige epidemie veroorzaakt kunnen hebben, aangezien het virus dan mogelijk veel beter in staat zou geweest zijn om zich te verspreiden van mens tot mens. 

Het is erg moeilijk, zo niet onmogelijk, om momenteel uit te maken welk van de twee scenario's het meest waarschijnlijk is, zo zei mede-auteur van de studie Andrew Rambaut van de University of Edinburgh.

Als SARS-CoV-2 mensen is binnengedrongen vanuit een dierlijke bron in zijn huidige ziekteverwekkende toestand, maakt dat toekomstige, nieuwe uitbraken waarschijnlijker, aangezien de ziekteverwekkende stam nog steeds zou kunnen circuleren in de dierlijke populatie en opnieuw zou over kunnen springen op mensen. De kans dat een niet-ziekteverwekkend coronavirus in de menselijke populatie zou binnendringen en dan eigenschappen zou ontwikkelen die lijken op die van SARS-CoV-2, is kleiner, zo zeggen de onderzoekers. 

De studie van Andersen, Rambaut, Robert F. Garry van de Tulane University in New Orleans, Edward Holmes van de University of Sydney en W. Ian Lipkin van de Columbia University in New York is gepubliceerd in Nature Medicine. Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van de medische onderzoeksinstelling Scripps Research.