Ce rost are taxonomia virusului? - Consiliul internațional pentru știință

Partajarea cunoștințelor și implicarea publicului sunt esențiale pentru găsirea soluțiilor la crizele în cascadă cauzate de pandemia SARS-CoV-2. Acest articol face parte dintr-o serie de bloguri ISC, care își propune să evidențieze unele dintre cele mai recente publicații, inițiative și descoperiri legate de COVID-19 de la membrii ISC.

„Se susține adesea opinia că științele ar trebui să fie construite pe concepte bazale clare și clar definite. De fapt, nici o știință, nici măcar cea mai exactă, nu începe cu astfel de definiții. Adevăratul început al activității științifice constă mai degrabă în descrierea fenomenelor și apoi în procesul de grupare, clasificare și corelare a acestora. ”
Freud S. (1915). „Instinctele și vicisitudinile lor” în: Ediția standard a lucrărilor psihologice complete ale lui Sigmund Freud (Vol. 14), Strachey J., editor. (Londra: The Hogarth Press).

Taxonomia - disciplina clasificării și denumirii lucrurilor - este baza tuturor științelor. Acest lucru a fost recunoscut de Sigmund Freud (1856–1939) ca taxonom psihologic, Dmitri Mendeleev (1834–1907) ca taxonom chimic și Victor Goldschmidt (1888–1947) ca taxonom mineral și este recunoscut astăzi de oamenii de știință de la CERN ca taxonomi a fizicii particulelor. Cu toate acestea, pentru majoritatea oamenilor, taxonomia se referă la biologie - la organismele care se reproduc și evoluează. Această taxonomie implică de obicei plante, animale și bacterii, dar și virușii fac parte din această categorie. Într-adevăr, datorită diversității și abundenței lor spectaculoase, virușii sunt atât o provocare, cât și o oportunitate pentru taxonomi.

„Mecanismele evolutive reprezintă unitatea și diversitatea tuturor speciilor de pe Pământ.”
Reece JB și colab. (2014). Capitolul 1. Evoluția, temele biologiei și ancheta științifică. În Campbell Biology (10^th ed.), Campbell N. și colab., editori. (Boston: Pearson).

De ce este importantă taxonomia virusurilor?

Taxonomia virușilor este importantă, deoarece permite caracteristicilor clinice, biologice și evolutive ale unui virus să fie plasate într-un cadru care să găzduiască și să conecteze toți virușii. Înțelegerea pe care aceasta o aduce are o imensă valoare practică. De exemplu, atunci când un virus apare în oameni dintr-un rezervor de animale, o perspectivă taxonomică ne pune într-o poziție mult mai bună pentru a afla cum a provenit, din ce gazdă a apărut, cum se reproduce, cum provoacă boli și cum reacționează oamenii la a fi infectat. Drept urmare, suntem mult mai bine poziționați pentru a concepe tratamente și a produce vaccinuri.

Noul coronavirus, sindromul respirator acut sever coronavirus 2 (SARS-CoV-2), care provoacă în prezent pandemia COVID-19, este un exemplu. Taxonomia ne-a ajutat să înțelegem că gazda naturală a acestui virus este cel mai probabil să fie lilieci și că materialul său genetic (genomul) a evoluat prin îmbinarea diferitelor genomi parentali (recombinare genetică). De asemenea, știind că noul coronavirus este strâns legat de coronavirusul SARS apărut în 2003, a fost posibilă refacerea medicamentelor antivirale precum remdesivir pentru tratamentul COVID-19.¹ și să urmeze exemplul că anticorpii monoclonali generați din celulele unui pacient infectat cu coronavirusul din 2003 pot fi utile în tratamentul pacienților cu COVID-19 în 2020².

În decembrie 2019, a apărut un nou coronavirus în Wuhan, China. Virusul este strâns legat de coronavirusul SARS din 2003 și a fost, prin urmare, denumit sindromul respirator acut sever coronavirus 2. SARS-CoV-2 este agentul cauzator al bolii infecțioase cu coronavirus 2019 (COVID-19). Până la sfârșitul lunii iunie 2020, SARS-CoV-2 a infectat peste 10 milioane de oameni din întreaga lume și au existat peste 500,000 de decese asociate COVID-19.

Cum sunt clasificați virușii?

La fel ca alte organisme, virusurile sunt clasificate în grupuri numite taxoni în funcție de asemănările și diferențialitățile lor. Cel mai jos rang este specia. Acestea sunt colectate în genuri și așa mai departe în familii, ordine, clase, filuri, regate și tărâmuri. În general, există o structură ierarhică de 15 ranguri care cuprinde întregul spectru al diversității virusurilor, care se întinde pe o perioadă de timp evolutivă de la momentul apariției virușilor până în prezent³.

Clasificarea virușilor este în mod tradițional un sistem descriptiv bazat în principal pe caractere externe (fenotipice) - dimensiunea și forma unei particule de virus, gama gazdelor infectate și bolile asociate cu infecția. Odată cu inventarea unor tehnologii de secvențiere a ADN din ce în ce mai puternice, clasificarea virusului a devenit treptat o ramură a științei evoluției. Această schimbare s-a accelerat în ultimii ani datorită secvențierii cu randament ridicat a probelor de mediu (metagenomică), care a dus la detectarea unei game uimitoare de viruși. Datorită acestor progrese și a faptului că nu știm nimic despre acești viruși, cu excepția genomului lor, gruparea virușilor pe baza relațiilor dintre proteinele lor și secvențele de acid nucleic (filogenetica) a devenit un mijloc cheie de definire a taxonilor.

Există încă o mulțime de întrebări - de exemplu, cum se leagă taxonii pe care îi creăm de populațiile de virusuri pe care le vedem în natură și putem reconstitui în mod fiabil istoricul evolutiv timpuriu al virușilor folosind doar informații de secvență? Cu toate acestea, este clar că intrăm într-o nouă eră care ne va ajuta să dobândim o înțelegere mult mai completă a totalității virușilor, a interacțiunilor lor complexe cu gazdele lor și a rolurilor lor în ecosistemele naturale.

„Taxonomia este descrisă uneori ca o știință și alteori ca o artă, dar într-adevăr este un câmp de luptă.”
Bryson B. (2003). În o scurtă istorie a aproape totul (New York City, The Broadway Press).

Cum se numesc taxonii viruși?

Când este combinată cu un sistem bun de numire a taxonilor, clasificarea virusurilor oferă un limbaj puternic de comunicare - în clasă, în laborator, în spital, cu agențiile de reglementare și cu publicul. Comitetul internațional pentru taxonomia virusurilor (ICTV) este responsabil pentru dezvoltarea acestui sistem. Există reguli pentru denumirea taxonilor, în special terminările utilizate pentru a indica diferitele ranguri și formatul în care sunt scrise numele. Numele taxonilor, altele decât speciile, au fost standardizate pentru o lungă perioadă de timp, iar ICTV urmărește în mod activ standardizarea numelor speciilor pentru a face față numărului uriaș de viruși nou descoperiți care vor trebui clasificați și denumiți în viitor. Această nomenclatură va consta cel mai probabil din două cuvinte (un binom) - numele genului urmat de un epitet de specie - așa cum a fost descris pentru prima dată de Carl Linnaeus (1707—1778) în urmă cu aproape 300 de ani.

Un lucru este sigur - taxonomia virusului va continua pasiuni incitante și dezbateri intense!

Cum sunt denumite virusurile și bolile virale?

Spre deosebire de taxonii viruși, care sunt numiți de ICTV, numele virusurilor sunt alese de experții care descoperă și cercetează viruși. Acestea sunt valabile numai în măsura în care sunt acceptate și utilizate de comunitatea relevantă. Nu există reguli care să guverneze acest lucru, dar, în general, virușii își primesc numele de la gazdele lor, locația în care au fost izolați pentru prima dată, manifestările bolilor pe care le cauzează, caracterele lor fenotipice sau combinațiile acestor lucruri. Este surprinzător faptul că, în ciuda lipsei de reglementare, virologii par să lucreze intuitiv în cadrul unui set nescris de reguli, folosind un număr limitat de modele de denumire care permit ca virusul, speciile de virus și boala să fie distinse între ele. Uneori funcționează bine - virusul varicelo-zoster aparține speciei Alfaherpesvirus uman 3 și provoacă varicela (deși nu este un virus „varicelă”). Ocazional, sistemul are mai puțin succes - virusul encefalitei japoneze aparține speciei Virusul encefalitei japoneze și provoacă encefalită japoneză.

Denumirea de noi boli virale este, de asemenea, un proces destul de întâmplător. Atunci când virusul infectează oamenii și provoacă boli, Organizația Mondială a Sănătății (OMS) recomandă ca numele bolilor să se bazeze pe simptomele bolii și, dacă virusul care cauzează boala este cunoscut, acesta ar trebui să facă parte din nume. Pe de altă parte, numele nu ar trebui să includă locații geografice, nume ale oamenilor, referințe culturale, populaționale, industriale sau profesionale sau termeni care pot incita la frică nejustificată. Dacă aceste linii directoare nu sunt respectate, OMS însăși poate emite un nume interimar, care va fi confirmat în mod normal mai târziu în Clasificarea internațională a bolilor.

„Avertismentul, prevenirea, pregătirea reprezintă jumătate din victorie”.
Miguel de Cervantes Saavedra (1856). „Aventurile lui Don Quijote de la Mancha”. În Penguin Classics; Ediția Rev Ed, 2003, (Londra: Penguin Books).

Perspectivă

Virușii au genomi mici, timpi scurți de generație și, cel puțin în cazul virusurilor ARN, enzime de replicare care sunt predispuse la greșeli. În consecință, ele evoluează mult mai rapid decât alte organisme. Acest lucru oferă oportunități unice de a studia evoluția populațiilor de viruși circulanți (microevoluție), precum și evoluția virușilor pe perioade mult mai lungi (macroevoluție). La fel cum virușii au luminat aspecte largi ale biologiei, de exemplu, permițându-ne să disecăm funcționarea celulelor pe care le infectează, ele oferă, de asemenea, o oportunitate de a testa rutele metodelor taxonomice utilizate în întreaga biologie, inclusiv abordări pentru alinierea secvențelor, prezicerea funcțiilor a proteinelor foarte divergente și evaluarea robusteții programelor de reconstrucție filogenetică care implică seturi mari de date. Dezvoltările viitoare vor îmbunătăți integrarea virusului și a sistemelor taxonomice celulare și vor avea, de asemenea, efecte de anvergură asupra științelor microbiene, vegetale, veterinare, medicale, de calcul și de mediu. În cele din urmă, este evident că nu mai putem minimiza impactul social, economic și personal al epidemiilor și pandemiilor care au fost și vor continua să fie cauzate de viruși.

Stuart Siddell, Vicepreședinte ICTV
Andrew Davison, Președinte ICTV
www.ictv.global

Referinte

1. Pruijssers AJ, George AS, Schäfer A, et al. Remdesivirul inhibă puternic SARS-CoV-2 în celulele pulmonare umane și SARS-CoV himeric care exprimă ARN-polimeraza SARS-CoV-2 la șoareci. Preimprimare. bioRxiv. 2020; 2020.04.27.064279.
2. Pinto, D., Park, Y., Beltramello, M. et al. Neutralizare încrucișată a SARS-CoV-2 de către un anticorp monoclonal SARS-CoV uman. Natură (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2349-y
3. Gorbalenya, AE, Krupovic, M., Mushegian, A. et al. Noul domeniu al taxonomiei virusurilor: partiționarea virosferei în 15 rânduri ierarhice. Nat Microbiol 5, 668-674 (2020)

Mulţumiri

Fotografie a lui Sigmund Freud: Max Halberstadt, 1921, domeniul public, Biblioteca Congresului.
Ilustrarea unui coronavirus: 2020, Domeniul public, Centre for Disease Control and Prevention, SUA.
Exemple de taxonomie a virusului. 2020, Drepturile de autor ale autorilor. Poate fi utilizat sub licență CC-BY-4.0, cu confirmare la Referința 3.
Ilustrație de David S. Goodsell, RCSB Protein Data Bank; doi: 10.2210 / rcsb_pdb / goodsell-gallery-019