Quin sentit té la taxonomia de virus? - Consell Internacional de la Ciència

L'intercanvi de coneixement i la participació pública són fonamentals per trobar solucions a les crisis en cascada causades per la pandèmia SARS-CoV-2. Aquest article forma part d'una sèrie de blocs de l'ISC, que pretén destacar algunes de les últimes publicacions, iniciatives i troballes relacionades amb la COVID-19 dels membres de l'ISC.

"Sovint es defensa la visió que les ciències s'han de construir sobre conceptes basals clars i ben definits. De fet, cap ciència, ni tan sols la més exacta, comença amb aquestes definicions. El veritable inici de l'activitat científica consisteix més aviat a descriure els fenòmens i després a procedir a agrupar-los, classificar-los i correlacionar-los.”
Freud S. (1915). "Els instints i les seves vicissituds", a: Edició estàndard de les obres psicològiques completes de Sigmund Freud (Vol. 14), Strachey J., editor. (Londres: The Hogarth Press).

La taxonomia, la disciplina de classificar i anomenar les coses, és la base de totes les ciències. Això va ser reconegut per Sigmund Freud (1856—1939) com a taxònom psicològic, Dmitri Mendeleiev (1834—1907) com a taxònom químic i Victor Goldschmidt (1888—1947) com a taxònom de minerals, i avui és reconegut pels científics del CERN com a taxonomistes. de la física de partícules. Tanmateix, per a la majoria de la gent, la taxonomia es relaciona amb la biologia, amb els organismes que es reprodueixen i evolucionen. Aquesta taxonomia acostuma a implicar plantes, animals i bacteris, però els virus també es troben en aquesta categoria. De fet, a causa de la seva espectacular diversitat i abundància, els virus són alhora un repte i una oportunitat per als taxònoms.

"Els mecanismes evolutius expliquen la unitat i la diversitat de totes les espècies de la Terra".
Reece JB, et al. (2014). Capítol 1. L'evolució, els temes de la biologia i la investigació científica. A Campbell Biology (10^th ed.), Campbell N. et al., editors. (Boston: Pearson).

Per què és important la taxonomia dels virus?

La taxonomia dels virus és important perquè permet col·locar les característiques clíniques, biològiques i evolutives d'un virus en un marc que acomoda i connecta tots els virus. La comprensió que això aporta té un immens valor pràctic. Per exemple, quan un virus emergeix als humans des d'un reservori animal, una perspectiva taxonòmica ens situa en una posició molt millor per esbrinar com es va originar, quin hoste va sorgir, com es replica, com provoca malalties i com responen els humans. a estar infectat. Com a resultat, estem molt millor posicionats per idear tractaments i produir vacunes.

El nou coronavirus, la síndrome respiratòria aguda severa coronavirus 2 (SARS-CoV-2), que actualment està causant la pandèmia COVID-19, n'és un exemple. La taxonomia ens ha ajudat a entendre que l'hoste natural d'aquest virus és més probable que siguin ratpenats i que el seu material genètic (genoma) ha evolucionat per l'empalmament de diferents genomes parentals (recombinació genètica). A més, en saber que el nou coronavirus està estretament relacionat amb el coronavirus SARS que va sorgir l'any 2003, s'ha pogut reutilitzar fàrmacs antivirals com el remdesivir per al tractament de la COVID-19.¹ i seguir l'exemple que els anticossos monoclonals generats a partir de les cèl·lules d'un pacient infectat amb el coronavirus del 2003 poden ser útils en el tractament de pacients amb COVID-19 el 2020².

El desembre de 2019, va sorgir un nou coronavirus a Wuhan, Xina. El virus està estretament relacionat amb el coronavirus SARS del 2003 i, per tant, va ser anomenat coronavirus 2 de la síndrome respiratòria aguda severa. El SARS-CoV-2 és l'agent causant de la malaltia infecciosa del coronavirus 2019 (COVID-19). A finals de juny de 2020, el SARS-CoV-2 ha infectat més de 10 milions de persones a tot el món i hi ha hagut més de 500,000 morts associades a la COVID-19.

Com es classifiquen els virus?

Com altres organismes, els virus es classifiquen en grups anomenats tàxons segons les seves semblances i diferències. El rang més baix és l'espècie. Aquests es recullen en gèneres, i així successivament en famílies, ordres, classes, fils, regnes i regnes. En general, hi ha una estructura jeràrquica de 15 rangs que abasta l'espectre complet de la diversitat de virus, que s'estén al llarg d'un període de temps evolutiu des de quan van sorgir els virus fins a l'actualitat.³.

La classificació de virus és tradicionalment un sistema descriptiu basat principalment en caràcters externs (fenotípics): la mida i la forma d'una partícula de virus, la gamma d'hostes infectats i les malalties associades a la infecció. Amb la invenció de tecnologies de seqüenciació d'ADN cada cop més potents, la classificació de virus s'ha convertit gradualment en una branca de la ciència evolutiva. Aquest canvi s'ha accelerat en els darrers anys a causa de la seqüenciació d'alt rendiment de mostres ambientals (metagenòmica), que ha portat a la detecció d'una gamma sorprenent de virus. A causa d'aquests avenços, i del fet que no sabem res d'aquests virus excepte el seu genoma, l'agrupació de virus en funció de les relacions entre les seves seqüències de proteïnes i àcids nucleics (filogenètica) s'ha convertit en un mitjà clau per definir els tàxons.

Encara hi ha moltes preguntes: per exemple, com es relacionen els tàxons que creem amb les poblacions de virus que veiem a la natura i podem reconstruir de manera fiable la història evolutiva primerenca dels virus utilitzant només informació de seqüències? No obstant això, és evident que estem entrant en una nova era que ens ajudarà a obtenir una comprensió molt més completa de la totalitat dels virus, les seves complexes interaccions amb els seus hostes i els seus papers en els ecosistemes naturals.

"La taxonomia es descriu de vegades com una ciència i de vegades com un art, però realment és un camp de batalla".
Bryson B. (2003). In A Short History of Nearly Everything (Nova York, The Broadway Press).

Com s'anomenen els tàxons dels virus?

Quan es combina amb un bon sistema per nomenar els tàxons, la classificació de virus proporciona un llenguatge potent de comunicació: a l'aula, al laboratori, a l'hospital, amb les agències reguladores i amb el públic. El Comitè Internacional de Taxonomia de Virus (ICTV) és l'encarregat de desenvolupar aquest sistema. Hi ha regles per nomenar els tàxons, en particular les terminacions utilitzades per denotar els diferents rangs i el format en què s'escriuen els noms. Els noms dels tàxons diferents d'espècies s'han normalitzat durant molt de temps, i l'ICTV té com a objectiu activament estandarditzar els noms d'espècies per fer front a la gran quantitat de virus recentment descoberts que s'hauran de classificar i nomenar en el futur. Aquesta nomenclatura probablement constarà de dues paraules (un binomi) -el nom del gènere seguit d'un epítet d'espècie- tal com va descriure per primera vegada Carl Linnaeus (1707—1778) fa gairebé 300 anys.

Una cosa és segura: la taxonomia dels virus tindrà passions emocionants i un debat intens!

Com s'anomenen els virus i les malalties virals?

A diferència dels tàxons de virus, que són nomenats per l'ICTV, els noms de virus són escollits pels experts que descobreixen i investiguen virus. Són vàlids només en la mesura que siguin acceptats i utilitzats per la comunitat corresponent. No hi ha regles per governar-ho, però generalment, els virus obtenen els seus noms dels seus hostes, de la ubicació on es van aïllar per primera vegada, de les manifestacions de les malalties que causen, dels seus caràcters fenotípics o de combinacions d'aquestes coses. És sorprenent que, malgrat la manca de regulació, els viròlegs semblen treballar de manera intuïtiva dins d'un conjunt de regles no escrites, utilitzant un nombre limitat de patrons de denominació que permeten distingir el virus, l'espècie del virus i la malaltia. De vegades funciona bé: el virus de la varicel·la-zóster pertany a l'espècie Alfaherpesvirus humà 3 i provoca varicel·la (encara que no és un virus de la “variola”). De vegades, el sistema té menys èxit: el virus de l'encefalitis japonesa pertany a l'espècie Virus de l’encefalitis japonesa i provoca encefalitis japonesa.

La denominació de noves malalties virals també és un procés força casual. Quan el virus infecta humans i provoca malalties, l'Organització Mundial de la Salut (OMS) recomana que els noms de les malalties es basen en els símptomes de la malaltia i, si es coneix el virus que causa la malaltia, hauria de formar part del nom. D'altra banda, el nom no ha d'incloure ubicacions geogràfiques, noms de persones, referències culturals, poblacionals, industrials o ocupacionals, o termes que puguin incitar una por indeguda. Si no es segueixen aquestes directrius, la mateixa OMS pot emetre un nom provisional, que normalment es confirmarà més endavant a la Classificació Internacional de Malalties.

"Avís, previ, estar preparat és la meitat de la victòria".
Miguel de Cervantes Saavedra (1856). “Aventures del Quixot de la Manxa”. A Penguin Classics; Edició Rev Ed, 2003, (Londres: Penguin Books).

Perspectiva

Els virus tenen genomes petits, temps de generació curts i, almenys en el cas dels virus d'ARN, enzims de replicació propensos a cometre errors. En conseqüència, evolucionen molt més ràpidament que altres organismes. Això ofereix oportunitats úniques per estudiar l'evolució de les poblacions de virus circulants (microevolució), així com l'evolució dels virus durant períodes molt més llargs (macroevolució). De la mateixa manera que els virus han il·luminat aspectes amplis de la biologia, per exemple, permetent-nos disseccionar el funcionament de les cèl·lules que infecten, també ofereixen una oportunitat per provar els mètodes taxonòmics utilitzats a tota la biologia, inclosos els enfocaments per alinear seqüències, predir les funcions. de proteïnes altament divergents i avaluar la robustesa dels programes de reconstrucció filogenètica que impliquen grans conjunts de dades. Els desenvolupaments futurs milloraran la integració del virus i els sistemes taxonòmics cel·lulars i també tindran impactes de gran abast en les ciències microbianes, vegetals, veterinàries, mèdiques, computacionals i ambientals. Finalment, és obvi que ja no podem restar importància als impactes socials, econòmics i personals de les epidèmies i pandèmies que han estat, i seguiran sent, provocades pels virus.

Stuart Siddell, Vicepresident de l'ICTV
Andrew Davison, President de l'ICTV
www.ictv.global

referències

1. Pruijssers AJ, George AS, Schäfer A, et al. Remdesivir inhibeix potentment el SARS-CoV-2 a les cèl·lules pulmonars humanes i el SARS-CoV quimèric que expressa l'ARN polimerasa SARS-CoV-2 en ratolins. Preimpressió. bioRxiv. 2020; 2020.04.27.064279.
2. Pinto, D., Park, Y., Beltramello, M. et al. Neutralització creuada del SARS-CoV-2 per un anticòs monoclonal humà SARS-CoV. Nature (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2349-y
3. Gorbalenya, AE, Krupovic, M., Mushegian, A. et al. El nou àmbit de la taxonomia de virus: dividir la virosfera en 15 rangs jeràrquics. Nat Microbiol 5, 668-674 (2020)

Agraïments

Fotografia de Sigmund Freud: Max Halberstadt, 1921, domini públic, Biblioteca del Congrés.
Il·lustració d'un coronavirus: 2020, domini públic, centres per al control i la prevenció de malalties, EUA.
Exemples de taxonomia de virus. 2020, Copyright dels autors. Es pot utilitzar sota una llicència CC-BY-4.0, amb reconeixement de la referència 3.
Il·lustració de David S. Goodsell, RCSB Protein Data Bank; doi: 10.2210/rcsb_pdb/goodsell-gallery-019