Qual è lo scopo della tassonomia dei virus? - Consiglio Internazionale della Scienza

La condivisione delle conoscenze e il coinvolgimento del pubblico sono fondamentali per trovare soluzioni alle crisi a cascata causate dalla pandemia di SARS-CoV-2. Questo articolo fa parte di una serie di blog ISC, che mira a evidenziare alcune delle ultime pubblicazioni, iniziative e risultati relativi al COVID-19 dei membri ISC.

“Spesso si difende l'idea che le scienze dovrebbero essere costruite su concetti di base chiari e ben definiti. In realtà, nessuna scienza, nemmeno la più esatta, inizia con tali definizioni. Il vero inizio dell'attività scientifica consiste piuttosto nel descrivere i fenomeni e poi nel procedere a raggrupparli, classificarli e correlarli».
Freud S. (1915). “Gli istinti e le loro vicissitudini”, in: L'edizione standard delle opere psicologiche complete di Sigmund Freud (Vol. 14), Strachey J., editore. (Londra: The Hogarth Press).

La tassonomia - la disciplina di classificare e nominare le cose - è il fondamento di tutte le scienze. Questo è stato riconosciuto da Sigmund Freud (1856-1939) come tassonomista psicologico, Dmitri Mendeleev (1834-1907) come tassonomo chimico e Victor Goldschmidt (1888-1947) come tassonomista minerale, ed è oggi riconosciuto dagli scienziati del CERN come tassonomisti della fisica delle particelle. Tuttavia, per la maggior parte delle persone, la tassonomia si riferisce alla biologia, agli organismi che si riproducono ed evolvono. Questa tassonomia di solito coinvolge piante, animali e batteri, ma in questa categoria rientrano anche i virus. In effetti, a causa della loro spettacolare diversità e abbondanza, i virus sono sia una sfida che un'opportunità per i tassonomi.

"I meccanismi evolutivi spiegano l'unità e la diversità di tutte le specie sulla Terra".
Reece JB, et al. (2014). Capitolo 1. L'evoluzione, i temi della biologia e l'indagine scientifica. In Campbell Biology (10^th ed.), Campbell N. et al., editori. (Boston: Pearson).

Perché la tassonomia dei virus è importante?

La tassonomia dei virus è importante perché consente di inserire le caratteristiche cliniche, biologiche ed evolutive di un virus in una struttura che ospita e collega tutti i virus. La comprensione che questo porta ha un immenso valore pratico. Ad esempio, quando un virus emerge nell'uomo da un serbatoio animale, una prospettiva tassonomica ci mette in una posizione molto migliore per capire come si è originato, da quale ospite è emerso, come si replica, come causa la malattia e come rispondono gli esseri umani ad essere contagiato. Di conseguenza, siamo in una posizione molto migliore per ideare trattamenti e produrre vaccini.

Il nuovo coronavirus, la sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2), che attualmente sta causando la pandemia di COVID-19, è un esempio calzante. La tassonomia ci ha aiutato a capire che l'ospite naturale di questo virus è molto probabilmente i pipistrelli e che il suo materiale genetico (genoma) si è evoluto unendo insieme diversi genomi parentali (ricombinazione genetica). Inoltre, sapendo che il nuovo coronavirus è strettamente correlato al coronavirus SARS emerso nel 2003, è stato possibile riutilizzare farmaci antivirali come il remdesivir per il trattamento del COVID-19¹ e per seguire l'esempio che gli anticorpi monoclonali generati dalle cellule di un paziente infetto dal coronavirus del 2003 possono essere utili nel trattamento dei pazienti COVID-19 nel 2020².

Nel dicembre 2019 è emerso un nuovo coronavirus a Wuhan, in Cina. Il virus è strettamente correlato al coronavirus della SARS del 2003 ed è stato, pertanto, chiamato sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2. SARS-CoV-2 è l'agente eziologico della malattia infettiva del coronavirus 2019 (COVID-19). Entro la fine di giugno 2020, SARS-CoV-2 ha infettato più di 10 milioni di persone in tutto il mondo e ci sono stati più di 500,000 decessi associati al COVID-19.

Come vengono classificati i virus?

Come altri organismi, i virus sono classificati in gruppi chiamati taxa in base alle loro somiglianze e differenze. Il grado più basso è la specie. Questi sono raccolti in generi e così via in famiglie, ordini, classi, phyla, regni e regni. Nel complesso, esiste una struttura gerarchica di 15 ranghi che comprende l'intero spettro della diversità dei virus, che si estende su un arco di tempo evolutivo da quando i virus sono sorti per la prima volta fino ai giorni nostri³.

La classificazione dei virus è tradizionalmente un sistema descrittivo basato principalmente su caratteri esterni (fenotipici): la dimensione e la forma di una particella virale, la gamma di ospiti infetti e le malattie associate all'infezione. Con l'invenzione di tecnologie di sequenziamento del DNA sempre più potenti, la classificazione dei virus è diventata gradualmente una branca della scienza evolutiva. Questo cambiamento è accelerato negli ultimi anni a causa del sequenziamento ad alto rendimento di campioni ambientali (metagenomica), che ha portato alla rilevazione di una gamma sorprendente di virus. A causa di questi progressi e del fatto che non sappiamo nulla di questi virus tranne il loro genoma, raggruppare i virus in base alle relazioni tra le loro sequenze proteiche e di acido nucleico (filogenetica) è diventato un mezzo chiave per definire i taxa.

Ci sono ancora molte domande: ad esempio, come si relazionano i taxa che creiamo con le popolazioni di virus che vediamo in natura e possiamo ricostruire in modo affidabile la prima storia evolutiva dei virus utilizzando solo informazioni di sequenza? Tuttavia, è chiaro che stiamo entrando in una nuova era che ci aiuterà a ottenere una comprensione molto più completa della totalità dei virus, delle loro complesse interazioni con i loro ospiti e dei loro ruoli negli ecosistemi naturali.

"La tassonomia è descritta a volte come una scienza ea volte come un'arte, ma in realtà è un campo di battaglia".
Bryson B. (2003). In una breve storia di quasi tutto (New York City, The Broadway Press).

Come si chiamano i taxa dei virus?

Se combinata con un buon sistema per la denominazione dei taxa, la classificazione dei virus fornisce un potente linguaggio di comunicazione: in classe, in laboratorio, in ospedale, con le agenzie di regolamentazione e con il pubblico. Il Comitato Internazionale sulla Tassonomia dei Virus (ICTV) è responsabile dello sviluppo di questo sistema. Esistono regole per la denominazione dei taxa, in particolare le desinenze utilizzate per denotare i diversi gradi e il formato in cui sono scritti i nomi. I nomi dei taxa diversi dalle specie sono stati standardizzati per molto tempo e l'ICTV ora mira attivamente a standardizzare i nomi delle specie per far fronte all'enorme numero di virus scoperti di recente che dovranno essere classificati e nominati in futuro. Questa nomenclatura molto probabilmente consisterà in due parole (un binomio) – il nome del genere seguito da un epiteto di specie – come descritto per la prima volta da Carlo Linneo (1707-1778) quasi 300 anni fa.

Una cosa è certa: la tassonomia dei virus andrà avanti con passioni eccitanti e un intenso dibattito!

Come si chiamano i virus e le malattie virali?

Contrariamente ai taxa dei virus, che prendono il nome dall'ICTV, i nomi dei virus vengono scelti dagli esperti che scoprono e ricercano i virus. Sono validi solo nella misura in cui sono accettati e utilizzati dalla comunità di riferimento. Non ci sono regole per governarlo, ma generalmente i virus prendono il nome dai loro ospiti, dal luogo in cui sono stati isolati per la prima volta, dalle manifestazioni delle malattie che causano, dai loro caratteri fenotipici o da combinazioni di queste cose. È sorprendente che, nonostante la mancanza di regolamentazione, i virologi sembrino lavorare intuitivamente all'interno di un insieme di regole non scritte, utilizzando un numero limitato di modelli di denominazione che consentono di distinguere il virus, la specie virale e la malattia l'uno dall'altro. A volte funziona bene: il virus varicella-zoster appartiene alla specie Virus dell'alfaherpes umano 3 e provoca la varicella (sebbene non sia un virus del vaiolo). A volte, il sistema ha meno successo: il virus dell'encefalite giapponese appartiene alla specie Virus dell'encefalite giapponese e provoca l'encefalite giapponese.

Anche la denominazione di nuove malattie virali è un processo piuttosto casuale. Quando il virus infetta l'uomo e provoca la malattia, l'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) raccomanda che i nomi delle malattie siano basati sui sintomi della malattia e, se il virus che causa la malattia è noto, dovrebbe far parte del nome. D'altra parte, il nome non dovrebbe includere posizioni geografiche, nomi di persone, riferimenti culturali, demografici, industriali o occupazionali o termini che possano incitare a paure indebite. Se queste linee guida non vengono seguite, l'OMS stessa può emettere un nome provvisorio, che sarà normalmente confermato più avanti nella Classificazione internazionale delle malattie.

"Avvertiti, preparati, essere preparati è metà della vittoria."
Miguel de Cervantes Saavedra (1856). “Le avventure di Don Chisciotte de la Mancha”. Nei classici dei pinguini; Rev Ed edizione, 2003, (Londra: Penguin Books).

Prospettiva

I virus hanno genomi piccoli, tempi di generazione brevi e, almeno nel caso dei virus a RNA, enzimi di replicazione inclini a commettere errori. Di conseguenza, si evolvono molto più rapidamente di altri organismi. Ciò offre opportunità uniche per studiare l'evoluzione delle popolazioni di virus circolanti (microevoluzione) e l'evoluzione dei virus su periodi molto più lunghi (macroevoluzione). Proprio come i virus hanno illuminato ampi aspetti della biologia, ad esempio consentendoci di sezionare il funzionamento delle cellule che infettano, offrono anche l'opportunità di testare su strada i metodi tassonomici utilizzati in tutta la biologia, compresi gli approcci per allineare le sequenze, predire le funzioni di proteine altamente divergenti e valutare la robustezza dei programmi di ricostruzione filogenetica che coinvolgono grandi set di dati. Gli sviluppi futuri miglioreranno l'integrazione del virus e dei sistemi tassonomici cellulari e avranno anche impatti di vasta portata sulle scienze microbiche, vegetali, veterinarie, mediche, computazionali e ambientali. Infine, è ovvio che non possiamo più minimizzare gli impatti sociali, economici e personali delle epidemie e pandemie che sono state, e continueranno ad essere, causate dai virus.

Stuart Siddell, vicepresidente dell'ICTV
Andrea Davison, Presidente dell'ICTV
www.ictv.global

Riferimenti

1. Pruijssers AJ, George AS, Schäfer A, et al. Remdesivir inibisce potentemente la SARS-CoV-2 nelle cellule polmonari umane e la SARS-CoV chimerica che esprime la RNA polimerasi SARS-CoV-2 nei topi. Prestampa. bioRxiv. 2020; 2020.04.27.064279.
2. Pinto, D., Park, Y., Beltramello, M. et al. Neutralizzazione incrociata di SARS-CoV-2 da parte di un anticorpo monoclonale SARS-CoV umano. Natura (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2349-y
3. Gorbalenya, AE, Krupovic, M., Mushegian, A. et al. Il nuovo ambito della tassonomia dei virus: partizione della virosfera in 15 ranghi gerarchici. Nat microbiol 5, 668 674-(2020)

Ringraziamenti

Fotografia di Sigmund Freud: Max Halberstadt, 1921, Pubblico Dominio, Biblioteca del Congresso.
Illustrazione di un coronavirus: 2020, Public Domain, Centers for Disease Control and Prevention, USA.
Esempi di tassonomia dei virus. 2020, Copyright degli autori. Può essere utilizzato con una licenza CC-BY-4.0, con riconoscimento del riferimento 3.
Illustrazione di David S. Goodsell, banca dati proteine RCSB; doi: 10.2210/rcsb_pdb/goodsell-gallery-019