Подписаться

В чем смысл таксономии вирусов?

Стюарт Сидделл и Эндрю Дэвисон из Международного комитета по таксономии вирусов (ICTV), комитета члена ISC Международного союза микробиологических обществ, изучают, как вирусы получают свои имена и почему эти имена имеют значение.

Обмен знаниями и участие общественности имеют решающее значение для поиска решений каскадных кризисов, вызванных пандемией SARS-CoV-2. Эта статья является частью серии блогов ISC, целью которой является освещение некоторых из последних публикаций, инициатив и выводов членов ISC, связанных с COVID-19.

«Часто отстаивается мнение, что науки должны строиться на ясных и четко определенных основных понятиях. На самом деле ни одна наука, даже самая точная, не начинается с таких определений. Истинное начало научной деятельности состоит скорее в описании явлений, а затем в том, чтобы приступить к их группировке, классификации и соотнесению».

Фрейд С. (1915). «Инстинкты и их превратности», в: Стандартное издание Полного собрания сочинений по психологии Зигмунда Фрейда (Том 14), Стрейчи Дж., редактор. (Лондон: Хогарт Пресс).

Таксономия — дисциплина классификации и наименования вещей — является основой всех наук. Это было признано Зигмундом Фрейдом (1856–1939) как систематиком-психологом, Дмитрием Менделеевым (1834–1907) как систематиком химических веществ и Виктором Гольдшмидтом (1888–1947) как систематиком полезных ископаемых, и признано сегодня учеными ЦЕРНа в качестве таксономистов. физики элементарных частиц. Однако для большинства людей таксономия связана с биологией — с организмами, которые размножаются и развиваются. В эту таксономию обычно входят растения, животные и бактерии, но к этой категории относятся и вирусы. Действительно, из-за их впечатляющего разнообразия и изобилия вирусы представляют собой одновременно и проблему, и возможность для таксономистов.

«Эволюционные механизмы объясняют единство и разнообразие всех видов на Земле».

Рис Дж. Б. и соавт. (2014). Глава 1. Эволюция, темы биологии и научных исследований. В биологии Кэмпбелла (10th ред.), Кэмпбелл Н. и др., редакторы. (Бостон: Пирсон).

Почему таксономия вирусов важна?

Таксономия вирусов важна, потому что она позволяет поместить клинические, биологические и эволюционные особенности вируса в структуру, которая объединяет и объединяет все вирусы. Понимание, которое это приносит, имеет огромную практическую ценность. Например, когда вирус проникает в человека из животного резервуара, таксономическая перспектива дает нам гораздо больше возможностей для выяснения того, как он возник, из какого хозяина он появился, как он размножается, как вызывает заболевание и как люди реагируют на него. к заражению. В результате у нас гораздо больше возможностей для разработки методов лечения и производства вакцин.

Показательным примером является новый коронавирус, коронавирус тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2), который в настоящее время вызывает пандемию COVID-19. Таксономия помогла нам понять, что естественным хозяином этого вируса, скорее всего, являются летучие мыши и что его генетический материал (геном) развился путем сращивания разных родительских геномов (генетическая рекомбинация). Кроме того, зная, что новый коронавирус тесно связан с коронавирусом SARS, появившимся в 2003 году, стало возможным перепрофилировать противовирусные препараты, такие как ремдесивир, для лечения COVID-19.1 и последовать примеру того, что моноклональные антитела, полученные из клеток пациента, инфицированного коронавирусом 2003 года, могут быть полезны для лечения пациентов с COVID-19 в 2020 году.2.   

В декабре 2019 года в Ухане, Китай, появился новый коронавирус. Вирус тесно связан с коронавирусом SARS 2003 года и поэтому был назван коронавирусом тяжелого острого респираторного синдрома 2. SARS-CoV-2 является возбудителем коронавирусной инфекционной болезни 2019 года (COVID-19). К концу июня 2020 года SARS-CoV-2 заразил более 10 миллионов человек во всем мире, и было зарегистрировано более 500,000 19 смертей, связанных с COVID-XNUMX.

Как классифицируют вирусы?

Как и другие организмы, вирусы подразделяются на группы, называемые таксонами, в соответствии с их сходством и различием. Низший ранг - вид. Они собраны в роды и так далее в семейства, отряды, классы, типы, царства и области. В целом существует иерархическая структура из 15 рангов, охватывающая весь спектр разнообразия вирусов и охватывающая эволюционный период времени с момента первого возникновения вирусов до наших дней.3.

Классификация вирусов традиционно представляет собой описательную систему, основанную главным образом на внешних (фенотипических) признаках – размере и форме вирусной частицы, круге инфицированных хозяев и заболеваниях, связанных с инфекцией. С изобретением все более мощных технологий секвенирования ДНК классификация вирусов постепенно превратилась в отрасль эволюционной науки. Это изменение ускорилось в последние годы из-за высокопроизводительного секвенирования образцов окружающей среды (метагеномика), что привело к обнаружению поразительного диапазона вирусов. Благодаря этим достижениям и тому факту, что мы ничего не знаем об этих вирусах, кроме их генома, группировка вирусов на основе отношений между последовательностями их белков и нуклеиновых кислот (филогенетика) стала ключевым средством определения таксонов.

Остается еще много вопросов — например, как создаваемые нами таксоны соотносятся с популяциями вирусов, которые мы наблюдаем в природе, и можем ли мы надежно реконструировать раннюю эволюционную историю вирусов, используя только информацию о последовательности? Тем не менее ясно, что мы вступаем в новую эру, которая поможет нам получить гораздо более полное представление о совокупности вирусов, их сложных взаимодействиях с хозяевами и их роли в природных экосистемах.

«Таксономию иногда описывают как науку, а иногда как искусство, но на самом деле это поле битвы».

Брайсон Б. (2003). В «Краткой истории почти всего» (Нью-Йорк, The Broadway Press).

Как называются таксоны вирусов?

В сочетании с хорошей системой именования таксонов классификация вирусов обеспечивает мощный язык общения — в классе, в лаборатории, в больнице, с регулирующими органами и с общественностью. Международный комитет по таксономии вирусов (ICTV) отвечает за разработку этой системы. Существуют правила именования таксонов, в частности, окончания, используемые для обозначения различных рангов, и формат написания названий. Названия таксонов, отличных от видов, были стандартизированы в течение длительного времени, и ICTV в настоящее время активно стремится стандартизировать названия видов, чтобы иметь дело с огромным количеством недавно открытых вирусов, которые в будущем должны быть классифицированы и названы. Эта номенклатура, скорее всего, будет состоять из двух слов (бинома) — названия рода, за которым следует видовой эпитет, — как это впервые описал Карл Линней (1707—1778) почти 300 лет назад.

Одно можно сказать точно — таксономия вирусов будет продолжать бурные страсти и жаркие споры!

Как называются вирусы и вирусные болезни?

В отличие от таксонов вирусов, названных ICTV, названия вирусов выбираются экспертами, которые обнаруживают и исследуют вирусы. Они действительны только в той мере, в какой они приняты и используются соответствующим сообществом. Нет никаких правил, регулирующих это, но обычно вирусы получают свои имена от своего хозяина, места, в котором они были впервые выделены, проявлений болезней, которые они вызывают, их фенотипических признаков или комбинаций этих вещей. Удивительно, что, несмотря на отсутствие регулирования, вирусологи, кажется, работают интуитивно в рамках неписаного набора правил, используя ограниченное количество шаблонов именования, которые позволяют отличить вирус, вид вируса и болезнь друг от друга. Иногда это срабатывает – вирус ветряной оспы принадлежит к виду Альфагерпесвирус человека 3 и вызывает ветряную оспу (хотя это не вирус «оспы»). Иногда система менее успешна — вирус японского энцефалита относится к виду Вирус японского энцефалита и вызывает японский энцефалит.

Именование новых вирусных заболеваний также является довольно бессистемным процессом. Когда вирус заражает людей и вызывает болезнь, Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует, чтобы названия болезней основывались на симптомах болезни, и, если вирус, вызывающий болезнь, известен, он должен быть частью названия. С другой стороны, название не должно включать в себя географические местоположения, имена людей, культурные, демографические, промышленные или профессиональные ссылки или термины, которые могут вызвать необоснованный страх. Если эти рекомендации не соблюдаются, ВОЗ сама может присвоить временное название, которое обычно подтверждается позже в Международной классификации болезней.

«Предупрежден, вооружен, готов — половина победы».

Мигель де Сервантес Сааведра (1856 г.). «Приключения Дон Кихота Ламанчского». В классике пингвинов; Издание Rev Ed, 2003 г. (Лондон: Penguin Books).

Перспектива

Вирусы имеют небольшие геномы, короткое время генерации и, по крайней мере, в случае РНК-вирусов, ферменты репликации, которые склонны к ошибкам. Следовательно, они развиваются гораздо быстрее, чем другие организмы. Это дает уникальные возможности для изучения эволюции популяций циркулирующих вирусов (микроэволюция), а также эволюции вирусов в течение гораздо более длительных периодов (макроэволюция). Точно так же, как вирусы пролили свет на широкие аспекты биологии, например, позволив нам анализировать работу клеток, которые они заражают, они также дают возможность протестировать таксономические методы, используемые в биологии, включая подходы к выравниванию последовательностей, предсказанию функций. сильно различающихся белков и оценка надежности программ филогенетической реконструкции, включающих большие наборы данных. Будущие разработки улучшат интеграцию вирусных и клеточных таксономических систем, а также окажут далеко идущее влияние на науки о микробах, растениях, ветеринарии, медицине, вычислительной технике и науках об окружающей среде. Наконец, очевидно, что мы больше не можем преуменьшать социальные, экономические и личные последствия эпидемий и пандемий, которые были и будут вызываться вирусами.

Стюарт Сидделл, вице-президент ICTV
Эндрю Дэвисон, президент ICTV
www.ictv.global

Рекомендации

1. Прюйссерс А.Дж., Джордж А.С., Шефер А., и др.. Ремдесивир сильно ингибирует SARS-CoV-2 в клетках легких человека и химерный SARS-CoV, экспрессирующий РНК-полимеразу SARS-CoV-2 у мышей. Препринт. bioRxiv. 2020; 2020.04.27.064279.
2. Пинто Д., Парк Ю., Бельтрамелло М. и другие Перекрестная нейтрализация SARS-CoV-2 человеческим моноклональным антителом против SARS-CoV. Природа (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2349-y
3. Горбаленя А.Е., Крупович М., Мушегян А. и другие Новый масштаб таксономии вирусов: разделение виросферы на 15 иерархических рангов. Нат Микробиол 5, 668-674 (2020)

Благодарности

Фотография Зигмунда Фрейда: Макс Хальберштадт, 1921 г., общественное достояние, Библиотека Конгресса.
Иллюстрация коронавируса: 2020 г., общественное достояние, Центры по контролю и профилактике заболеваний, США.
Примеры таксономии вирусов. 2020, Права авторов. Может использоваться по лицензии CC-BY-4.0 со ссылкой на ссылку 3.
Иллюстрация Дэвида С. Гудселла, RCSB Protein Data Bank; doi: 10.2210/rcsb_pdb/goodsell-галерея-019

перейти к содержанию