Mis on viiruse taksonoomia mõte?

Stuart Siddell ja Andrew Davison Rahvusvahelisest Viiruste Taksonoomia Komiteest (ICTV), ISC liikmest Rahvusvahelise Mikrobioloogiaühingute Liidu komiteest, uurivad, kuidas viirused oma nimed saavad ja miks need nimed on olulised.

Mis on viiruse taksonoomia mõte?

Teadmiste jagamine ja avalikkuse kaasamine on SARS-CoV-2 pandeemia põhjustatud kaskaadkriiside lahenduste leidmisel üliolulised. See artikkel on osa ISC ajaveebisarjast, mille eesmärk on tõsta esile uusimaid COVID-19-ga seotud väljaandeid, algatusi ja ISC liikmete leide.

„Tihti kaitstakse seisukohta, et teadused peaksid põhinema selgetel ja teravalt määratletud põhimõistetel. Tegelikult ei alga selliste määratlustega ükski teadus, isegi mitte kõige täpsem. Teadusliku tegevuse tõeline algus seisneb pigem nähtuste kirjeldamises ja seejärel nende rühmitamises, klassifitseerimises ja korrelatsioonis.

Freud S. (1915). "Instinktid ja nende kõikumised": Sigmund Freudi täielike psühholoogiliste teoste standardväljaanne (14. köide), Strachey J., toimetaja. (London: Hogarth Press).

Taksonoomia – asjade klassifitseerimise ja nimetamise distsipliin – on kõigi teaduste alustala. Seda tunnustasid Sigmund Freud (1856–1939) psühholoogilise taksonoomina, Dmitri Mendelejev (1834–1907) keemilise taksonoomina ja Victor Goldschmidt (1888–1947) mineraalide taksonoomina ning täna tunnustavad CERNi teadlased taksonoomidena. osakeste füüsikast. Kuid enamiku inimeste jaoks on taksonoomia seotud bioloogiaga – organismidega, mis paljunevad ja arenevad. See taksonoomia hõlmab tavaliselt taimi, loomi ja baktereid, kuid sellesse kategooriasse kuuluvad ka viirused. Tõepoolest, oma tähelepanuväärse mitmekesisuse ja arvukuse tõttu on viirused taksonoomidele nii väljakutse kui ka võimalus.

"Evolutsioonilised mehhanismid põhjustavad kõigi Maa liikide ühtsust ja mitmekesisust."

Reece JB et al. (2014). 1. peatükk. Evolutsioon, bioloogia teemad ja teaduslik uurimine. Campbelli bioloogias (10th toim.), Campbell N. et al., toimetajad. (Boston: Pearson).

Miks on viiruse taksonoomia oluline?

Viiruse taksonoomia on oluline, kuna see võimaldab viiruse kliinilised, bioloogilised ja evolutsioonilised tunnused paigutada raamistikku, mis mahutab ja ühendab kõiki viirusi. Selle mõistmisel on tohutu praktiline väärtus. Näiteks kui viirus tungib inimestesse loomade reservuaarist, annab taksonoomiline vaatenurk meile palju parema positsiooni, et välja selgitada, kuidas see tekkis, millisest peremeesorganismist see tekkis, kuidas see paljuneb, kuidas see haigusi põhjustab ja kuidas inimesed reageerivad. nakatuda. Selle tulemusena on meil palju paremad võimalused ravide väljatöötamiseks ja vaktsiinide tootmiseks.

Hea näide on uudne koroonaviirus, raske ägeda respiratoorse sündroomi koroonaviirus 2 (SARS-CoV-2), mis praegu põhjustab COVID-19 pandeemiat. Taksonoomia on aidanud meil mõista, et selle viiruse loomulik peremees on kõige tõenäolisemalt nahkhiired ja selle geneetiline materjal (genoom) on arenenud erinevate vanemgenoomide splaissimise teel (geneetiline rekombinatsioon). Teades, et uudne koroonaviirus on tihedalt seotud 2003. aastal esile kerkinud SARS-i koroonaviirusega, on olnud võimalik COVID-19 raviks uuesti kasutada viirusevastaseid ravimeid, nagu remdesivir.1 ja järgida eeskuju, et 2003. aasta koroonaviirusega nakatunud patsiendi rakkudest genereeritud monoklonaalsed antikehad võivad olla kasulikud COVID-19 patsientide ravis 2020. aastal2.   

2019. aasta detsembris tekkis Hiinas Wuhanis uudne koroonaviirus. Viirus on tihedalt seotud 2003. aasta SARS-i koroonaviirusega ja seetõttu nimetati seda raske ägeda respiratoorse sündroomi koroonaviiruseks 2. SARS-CoV-2 on koroonaviiruse nakkushaiguse 2019 (COVID-19) põhjustaja. 2020. aasta juuni lõpuks on SARS-CoV-2 nakatanud üle 10 miljoni inimese kogu maailmas ja COVID-500,000-ga seotud surmajuhtumeid on olnud üle 19 XNUMX.

Kuidas viiruseid klassifitseeritakse?

Sarnaselt teistele organismidele liigitatakse viirused nende sarnasuste ja erinevuste järgi rühmadesse, mida nimetatakse taksoniteks. Madalaim auaste on liik. Need kogutakse perekondadeks ja nii edasi perekondadeks, ordudeks, klassideks, sugukondadeks, kuningriikideks ja valdkondadeks. Üldiselt on hierarhiline 15 astmest koosnev struktuur, mis hõlmab viiruste mitmekesisuse kogu spektrit, ulatudes üle evolutsioonilise ajavahemiku alates viiruste tekkimisest kuni tänapäevani.3.

Viiruste klassifikatsioon on traditsiooniliselt kirjeldav süsteem, mis põhineb peamiselt välistel (fenotüübilistel) märkidel – viiruseosakeste suurusel ja kujul, nakatunud peremeesorganismide arvul ja nakatumisega seotud haigustel. Üha võimsamate DNA sekveneerimistehnoloogiate leiutamisega on viiruste klassifitseerimisest saanud järk-järgult evolutsiooniteaduse haru. See muutus on viimastel aastatel kiirenenud keskkonnaproovide suure läbilaskevõimega järjestamise (metagenoomika) tõttu, mis on viinud hämmastava hulga viiruste tuvastamiseni. Tänu nendele edusammudele ja asjaolule, et me ei tea nendest viirustest midagi peale nende genoomi, on viiruste rühmitamine nende valgu- ja nukleiinhappejärjestuste vaheliste suhete alusel (fülogeneetika) muutunud taksonite määratlemise peamiseks vahendiks.

Küsimusi on veel palju – näiteks kuidas on meie loodud taksonid seotud viirusepopulatsioonidega, mida looduses näeme, ja kas saame usaldusväärselt rekonstrueerida viiruste varase evolutsiooniajaloo, kasutades ainult järjestusteavet? Sellegipoolest on selge, et astume uude ajastusse, mis aitab meil saada palju täielikumad arusaamad viiruste tervikust, nende keerulistest koostoimetest nende peremeestega ja nende rollist looduslikes ökosüsteemides.

"Taksonoomiat kirjeldatakse mõnikord kui teadust ja mõnikord kui kunsti, kuid tegelikult on see lahinguväli."

Bryson B. (2003). Peaaegu kõige lühikeses ajaloos (New York City, The Broadway Press).

Kuidas nimetatakse viiruse taksoneid?

Koos hea taksonite nimetamise süsteemiga pakub viiruste klassifikatsioon võimsa suhtluskeele – klassiruumis, laboris, haiglas, reguleerivate asutuste ja avalikkusega. Rahvusvaheline Viiruste Taksonoomia Komitee (ICTV) vastutab selle süsteemi arendamise eest. Taksonite nimetamisel kehtivad reeglid, eelkõige eri auastmete tähistamiseks kasutatavad lõpud ja nimede kirjutamise formaat. Muude taksonite kui liikide nimed on standarditud juba pikka aega ja ICTV püüab nüüd aktiivselt standardiseerida liikide nimesid, et tulla toime tohutu hulga äsja avastatud viirustega, mida tuleb tulevikus klassifitseerida ja nimetada. See nomenklatuur koosneb suure tõenäosusega kahest sõnast (binomiaal) – perekonnanimest, millele järgneb liigiepiteet – nagu kirjeldas esmakordselt Carl Linnaeus (1707–1778) peaaegu 300 aastat tagasi.

Üks on kindel – viiruse taksonoomia jätkab põnevaid kirgi ja pingelist arutelu!

Kuidas nimetatakse viiruseid ja viirushaigusi?

Erinevalt viiruse taksonitest, millele ICTV annab nime, valivad viiruste nimed viiruseid avastavad ja uurivad eksperdid. Need kehtivad ainult niivõrd, kuivõrd asjaomane kogukond neid aktsepteerib ja kasutab. Selle reguleerimiseks puuduvad reeglid, kuid üldiselt saavad viirused oma nimed oma peremeesorganismide, nende esmakordse isoleerimise asukoha, põhjustatud haiguste ilmingutest, nende fenotüüpsetest omadustest või nende kombinatsioonidest. On üllatav, et vaatamata regulatsiooni puudumisele näivad viroloogid töötavat intuitiivselt kirjutamata reeglite alusel, kasutades piiratud arvu nimetamismustreid, mis võimaldavad viirust, viiruseliike ja haigust üksteisest eristada. Mõnikord mõjub see hästi – tuulerõugete viirus kuulub sellesse liiki Inimese alfaherpesviirus 3 ja põhjustab tuulerõugeid (kuigi see pole "rõuge" viirus). Mõnikord on süsteem vähem edukas - Jaapani entsefaliidi viirus kuulub sellesse liiki Jaapani entsefaliidi viirus ja põhjustab Jaapani entsefaliiti.

Ka uute viirushaiguste nimetamine on üsna juhuslik protsess. Kui viirus nakatab inimesi ja põhjustab haigusi, soovitab Maailma Terviseorganisatsioon (WHO) haiguste nimetuste aluseks võtta haiguse sümptomid ja kui haigust põhjustav viirus on teada, peaks see olema osa nimetusest. Teisest küljest ei tohiks nimi sisaldada geograafilisi asukohti, inimeste nimesid, kultuurilisi, rahvastiku-, tööstus- või ametialaseid viiteid ega termineid, mis võivad tekitada põhjendamatut hirmu. Kui neid juhiseid ei järgita, võib WHO ise välja anda ajutise nimetuse, mis kinnitatakse tavaliselt hiljem rahvusvahelises haiguste klassifikatsioonis.

"Ette hoiatatud, ette valmistatud, valmisolek on pool võitu."

Miguel de Cervantes Saavedra (1856). "Don Quijote de la Mancha seiklused". In Penguin Classics; Rev Ed väljaanne, 2003, (London: Penguin Books).

Perspektiiv

Viirustel on väikesed genoomid, lühike genereerimisaeg ja vähemalt RNA viiruste puhul replikatsiooniensüümid, mis on altid vigu tegema. Järelikult arenevad nad palju kiiremini kui teised organismid. See annab ainulaadsed võimalused uurida tsirkuleerivate viiruste populatsioonide arengut (mikroevolutsioon) ja ka viiruste arengut palju pikema perioodi jooksul (makroevolutsioon). Nii nagu viirused on valgustanud bioloogia laiaulatuslikke aspekte, võimaldades meil näiteks eristada nende nakatatud rakkude toimimist, annavad need ka võimaluse testida kogu bioloogias kasutatavaid taksonoomilisi meetodeid, sealhulgas lähenemisviise järjestuste joondamiseks ja funktsioonide ennustamiseks. väga lahknevate valkude uurimine ja suuri andmekogumeid hõlmavate fülogeneetiliste rekonstrueerimisprogrammide tugevuse hindamine. Tulevased arengud parandavad viiruse ja raku taksonoomiliste süsteemide integreerimist ning avaldavad kaugeleulatuvat mõju mikroobi-, taime-, veterinaaria-, meditsiini-, arvutus- ja keskkonnateadustele. Lõpuks on ilmne, et me ei saa enam pisendada viiruste põhjustatud epideemiate ja pandeemiate sotsiaalseid, majanduslikke ja isiklikke mõjusid.

Stuart Siddell, ICTV asepresident
Andrew Davison, ICTV president
www.ictv.global

viited

1. Pruijssers AJ, George AS, Schäfer A, et al. Remdesivir inhibeerib tugevalt SARS-CoV-2 inimese kopsurakkudes ja kimäärset SARS-CoV, mis ekspresseerib SARS-CoV-2 RNA polümeraasi hiirtel. Eeltrükk. bioRxiv. 2020; 2020.04.27.064279.
2. Pinto, D., Park, Y., Beltramello, M. et al. SARS-CoV-2 ristneutraliseerimine inimese monoklonaalse SARS-CoV antikehaga. loodus (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2349-y
3. Gorbalenya, AE, Krupovic, M., Mushegian, A. et al. Viiruse taksonoomia uus ulatus: virosfääri jagamine 15 hierarhiliseks auastmeks. Nat Microbiol 5, 668-674 (2020)

Tänusõnad

Sigmund Freudi foto: Max Halberstadt, 1921, avalik domeen, Kongressi raamatukogu.
Koronaviiruse illustratsioon: 2020, avalik domeen, haiguste tõrje ja ennetamise keskused, USA.
Viiruste taksonoomia näited. 2020, Autorite autoriõigus. Võib kasutada CC-BY-4.0 litsentsi alusel, kinnitades viite 3.
Illustratsioon: David S. Goodsell, RCSB Protein Data Bank; doi: 10.2210/rcsb_pdb/goodsell-gallery-019

VAADAKE KÕIKI SEOTUD ÜKSUSED

Otse sisu juurde