Bir katilin profili: Koronavirüs pandemisine güç veren karmaşık biyoloji
Nature Dergisi’nin Asya-Pasifik Editörü David Cyranoski tarafından 4 Mayıs tarihinde Nature, News Feature için kaleme alınan yazının özeti:
İlk koronavirus vakası, 1912'de Alman veterinerler tarafından ateşi ve karın şişliği olan bir kedide tanımlandı. O yıllarda, veteriner hekimler koronovirüslerin tavuklarda bronşit ve domuzlarda ölümcül intestinal hastalıklara neden olabileceğini bilmiyorlardı. 1960'larda soğuk algınlığına neden olan taç benzeri yapılara sahip iki virüs izole edildi. Kısa süre sonra hayvanlarda hastalığa neden olan bu virüslerin spike proteinlere ve aynı kılımsı yapıya sahip olduğu görüldü. 1968 yılında elektron mikroskobu altında korona (taç) benzeri sivri protein çıkıntılarının görülmesi, araştırmacıları bu grup virüsleri tanımlamak için koronavirüs terimini kullanmaya yönlendirmiştir.
Koronavirüsün ailesi dinamik katillerdi: köpek koronavirüsleri kedilere zarar verir, kedi koronavirüsü domuzların bağırsaklarını tahrip edebilir. Araştırmacılar, koronavirüsler 2003'te şiddetli akut solunum sendromuna (SARS) yol açana kadar insanlarda sadece hafif semptomlara neden olduğunu düşündüler, fakat bu salgın değişken yapıdaki virüslerin insanları ne kadar kolay öldürebileceğini ortaya koydu.
5 Mayıs 2020 itibariyle, SARS-CoV-2 adlı yeni koronavirüsün neden olduğu salgın, en az 210 ülkede yaklaşık 3,5 milyon insanı enfekte ederek 200.000'den fazla ölüme yol açtı. Pandemiden ölenlerin sayısı arttıkça, araştırmacılar SARS-CoV-2 biyolojisini mümkün olduğunca hızlı öğrenmek için çabalıyorlar. Yakın akrabalarının aksine SARS-CoV-2, boğaz ve akciğerleri hedef alarak insan hücrelerine pek çok farklı yol ile saldırmaktadır. Bugüne kadarki bilgilerimiz virüsün 10 yıllardır doğada saklandığını göstermektedir.
Ancak bu virüs hakkında tam olarak nasıl öldürdüğü, daha fazla veya daha az ölümcül bir şeye dönüşüp dönüşmeyeceği ve koronavirüs ailesinin bir sonraki salgında neler yapabileceği ile ilgili birçok bilinmeyen var.
İngiltere Edinburgh Üniversitesi'nde viral evrim çalışan Andrew Rambaut, “Daha fazlası oluyor ya da olmadıysa bile olacak,” diyor.
Kötü Aile
Koronavirüsler çapları yaklaşık 125 nanometreye sahip, büyük boyutlu virüslerdir. 30.000 genetik baza sahip olduğu tahmin edilen koronavirüsler, tüm RNA virüslerinin en büyük genomlarına sahiptir. Bu genom büyüklüğü HIV ve hepatit C'nin üç ve influenza’nın iki katından daha fazladır. Sahip olduğu genomik proofreading mekanizması sayesinde mutasyonlardan korunur. Bu özelliğe sahip birkaç RNA virüsünden biridir. Bu durum mutasyonları indükleyerek hepatit C virüsü tedavisinde kullanılan ribavirin gibi yaygın antivirallerin SARS-CoV-2 tedavisinde başarısız olmasını açıklar.
Mutasyonların virüsler için avantajları olabilir. İnfluenza, koronavirüsten üç kat daha fazla mutasyon geçirir, bu onu hızla geliştirir ve aşıların etkisinden kurtarır. Ancak koronavirüslerin onlara ölümcül bir dinamizm kazandıran özel bir hilesi vardır: bazı RNA parçalarını diğer koronavirüslerle değiştirerek sıklıkla rekombinasyon yaparlar. Tipik olarak, benzer virüslerin benzer parçalarının anlamlı olmayan değiş tokuşu gibi görülebilir. Fakat Rambaut, bu değiş tokuş iki uzak koronavirüs akrabası arasında gerçekleşirse, yeni hücre tiplerini enfekte eden ve diğer türlere atlayan müthiş değişimlere yol açabileceğini söylüyor.
Bu rekombinasyon genellikle iyi bilinen bir doğal konak olan ve insanları enfekte eden 61 virüsü taşıyan yarasalarda gerçekleşir. Çoğu durumda, virüsler yarasalara zarar vermezler. Şubat ayında yayınlanan bir makalede, virüs bulaşmış yarasa hücrelerinin virüsü öldürmeden barındırabilmelerini sağlayan sinyal oluşturduklarını ve bu sayede virüsün etkisinden kaçtıklarını belirtildi.
İlk koronavirüs varlığı ile ilgili tahminler, 10.000 yıl öncesinden 300 milyon yıl öncesine kadar değişmektedir. Bilim adamları şu anda 7’si insanlara bulaşan düzinelerce suşun farkındalar. Soğuk algınlığına neden olan dört suşun ikisi (OC43 ve HKU1) kemirgenlerden, diğer ikisi (229E ve NL63) yarasalardan geldi. Şiddetli hastalığa neden olan üçünün tamamı (SARS-CoV (SARS etkeni), Orta Doğu solunum sendromu MERS-CoV ve SARS-CoV-2) yarasalardan geldi. Ancak bilim adamları genellikle virüsü insanlara taşıyan enfekte bir hayvan olduğunu ve yarasaların virüsü taşımaya aracılık ettiğini düşünüyor. SARS-CoV-2 için bunun Çin'deki canlı hayvan pazarlarında satılan misk kedileri olduğu düşünülmektedir.
Katiller Ailesi
SARS-CoV-2'nin orjini hala bir soru işaretidir. Bugüne kadar virüsün genetik materyalinin %96'sını Çin Yunnan Eyaletindeki bir mağaradaki bir yarasada bulunan virüsle paylaştığı bilinmektedir. Bu bilgi virüsün yarasayla taşındığına ikna etse de önemli bir farklılık bulunmaktadır. Koronavirüslerin spike proteinleri reseptör binding proteine sahiptir. SARS-CoV-2 binding proteini, insanları henüz enfekte etmeyen Yunnan yarasa virüsünden önemli ölçüde farklıdır.
Son birkaç aydır yayınlanan ve henüz hakem değerlendirmesinden geçmemiş bazı çalışmalar, SARS-CoV-2'nin (veya çok benzer atalarının) bazı hayvanlarda onlarca yıldır saklandığını göstermektedir. Pangolinlerde görülen koronavirüsün reseptör binding proteininin, SARS-CoV-2 ile neredeyse aynı olduğu bulunmuştur. 6 Mart’ta yayınlanan bir çalışmada SARS-CoV-2'ye yol açan koronavirüs soyunun 140 yıldan uzun bir süre önce pangolinlerde görülen koronavirüsten ayrıldığı bildirildi.
California Üniversitesi Berkeley'den Rasmus Nielsen, yarasalar ve muhtemelen SARS-CoV-2 ile aynı reseptör binding proteine sahip pangolinlerin taşıdığı, pandemilere sebep olabilecek benzer özelliklere sahip birçok koronavirüs dalına sahip geniş bir aile olabileceğini söylüyor. “Zoonotik transferle yeni suşların ortaya çıkmasına yönelik sürekli sürveyans yapılmasına ihtiyaç var” diye ekliyor.
İki Açık Kapı
Bilinen koronavirüsler, reseptörlerinin hemen hemen tüm insan organlarında bulunması nedeniyle birçok hücre tipini enfekte etme yeteneğine sahip olsa da, esas olarak solunum yolu enfeksiyonlarına neden olur. Soğuk algınlığına neden olan dördü solunum yollarını kolayca enfekte ederken, geri kalan üçü akciğerlerde daha ciddi hasara neden olur. Fakat SARS-CoV-2, bu ikisini de yapabiliyor. Illinois Üniversitesi Chicago'da bir patolog olan Xiao, 10 viral parçacık soluduğunuzda enfeksiyonun başlaması için yeterli olabilir, ancak orada bulunan tüylü epitelli silyalı hücrelerin istilacıları temizlemesi muhtemeldir. Fakat 100 viral parçacık soluduğunuzda, virüs akciğerlere kadar ulaşabilir diyerek açıklıyor.
Almanya Munich Clinic Schwabing’de enfeksiyon hastalıkları doktoru Clemens-Martin Wendtner, enfekte kişilerin çoğu virüsün hücreye girmesini engellemek için nötralize edici antikorlar oluşturur. Ancak bazı kişilerin bu nötralizan antikorları oluşturamadığını söylüyor. Bu yüzden bazıları hafif semptomlarla iyileşirken bazılarında ağır pnömoni tablosu görülür. Güçlü bağışıklık yanıtı olanlarda semptomlar hafif gidebilir, ancak bağışıklık sisteminin aşırı reaksiyonu sonucu sitokin fırtınası olarak bilinen bir yanıtla doku hasarı daha da kötüleşebilir.
Virüsün üst solunum yollarını enfekte edebilmesi ve burada aktif olarak çoğalma yeteneği, yakın genetik akrabası SARS-CoV’nin bu yeteneğe sahip olmadığı göz önüne alındığında sürpriz bir durumdur. Geçen ay yayınlanan bir çalışmada, COVID-19 hastası dokuz kişinin boğazında virüsü izole etti. Bu çalışma yakın akrabalar arasındaki önemli bir farkı gösterdi. SARS-CoV-2 viral partikülleri, semptomlar başlamadan önce bile boğazdan tükürüğe geçerek kişiden kişiye yayılabilir. Oysa SARS-CoV bundan farklıydı.
Tüm bunlar SARS-CoV-2'nin ölümcüllüğü konusunda karışıklıklara neden olmuştur. Bazı uzmanlar bu virüsü SARS-CoV'den daha az ölümcül olarak nitelendirmektedir çünkü enfekte ettiği insanların yaklaşık % 1'ini öldürmektedir. SARS-CoV ise bu oranın yaklaşık on katında öldürmektedir. Ancak Perlman bunun tam bir gösterge olmadığını, SARS-CoV-2 akciğerlere inmeyi başarırsa muhtemelen SARS-CoV ile yakın mortaliteye sahip olacağını belirtmektedir.
SARS-CoV, MERS-CoV ve hayvan koronavirüslerinde olduğu gibi, hasar akciğerlerle durmaz. Virüs bağırsakları, kalbi, kanı, spermi (MERS-CoV gibi), gözü ve muhtemelen beyni enfekte edebilir. Guangzhou Institute of Respiratory Health at Guangzhou Medical University’den Guan Wei-jie, COVID-19'lu kişilerde görülen böbrek, karaciğer ve dalak hasarının, virüsün kanda taşınabileceğini ve çeşitli organları veya dokuları enfekte edebileceğini gösterdiğini söylüyor.
SARS-Cov-2, spike proteinlerini kullanarak konakçı hücrelerin protektif membranını aşan bir ölümcül istilacıdır. İlk olarak, reseptör binding proteini, konakçı hücrenin yüzeyindeki ACE2 reseptörüne bağlanır. ACE2, tüm arterlerin ve venlerin yüzeyinde eksprese edilir, ancak alveol ve ince bağırsaklarda özellikle yoğundur.
Kesin mekanizmalar bilinmemekle birlikte, konakçı hücre spike proteinini keser ve konakçı hücrenin içine sızmaya yarayan füzyon peptitlerini ortaya çıkarır. Virüsün genetik materyali hücre içine girdiğinde, virüs yeni viral partiküller üretmek için konağın moleküler mekanizmasına komuta eder. Sonra bu partiküller başka hücrelere de yayılır.
Spike Proteinlerinin Gücü
SARS-CoV-2, hücrelere girmek için benzersiz bir donanıma sahiptir. Hem SARS-CoV hem de SARS-CoV-2, ACE2 reseptörüne bağlanır, ancak SARS-CoV-2'nin reseptör binding proteini daha uyumludur. ACE2'yi bağlama olasılığı SARS-CoV'dan 10-20 kat daha yüksektir. Wendtner, SARS-CoV-2'nin üst solunum yollarını enfekte etmede kullanabileceği ikinci bir reseptörü bile olabileceğini söylüyor.
Daha da ilginci, SARS-COV-2'nin viral spike proteinini ayırmak için konakçıdan gelen furin enzimini kullanmasıdır. Furin enziminin solunum sisteminde bol miktarda bulunması endişe vericidir. Bilim adamları, furin enzimini kullanmasının SARS-CoV-2'nin hücreden hücreye, kişiden kişiye ve muhtemelen hayvandan insana geçişinde neden bu kadar iyi olduğunu açıklayabileceğini söylüyor. New Orleans Tulane Üniversitesi'nden virolog Robert Garry, SARS-CoV-2'nin SARS-CoV'e göre akciğerlere 100-1.000 kat daha fazla ilerlediğini tahmin ediyor.
Virüs muhtemelen onları rekombinasyonla kazanmış olsa da, bu özellik diğer koronavirüslerin hiçbirinde bulunmamıştır. Virüsün kökenini saptamak, virüsün insanlara yayılımında hangi hayvanın basamak olarak kullanıldığını belirlemek yapbozun son parçası olabilir.
Oyunun Sonu
Bazı araştırmacılar, virüsün bir dizi mutasyon yoluyla zamanla zayıflayacağını umuyor. Bu mantıkla, daha az ölümcül olacaktır. Fakat Sun Yat-sen Üniversitesi'nden Guo Deyin SARS-CoV-2 virüsünün genomunun çok kararlı olduğunu ve virüs mutasyonunun neden olduğu patojenitede değişim beklemediğini söylüyor.
Ancak bazıları, bir şans olduğunu düşünüyor. Dünya Sağlık Örgütü'nün SARS araştırma ve epidemiyoloji bölümüne başkanlık eden Klaus Stöhr, insanlara en azından kısmi koruma sağlayacak antikorlar vererek enfekte olanların soğuk algınlığında olduğu gibi hafif semptomlarla hastalığı geçirebileceğini söylüyor. Diğer senaryonun ise virüsün yayılmaya ve enfekte etmeye devam etmesi, bu nedenle aşıların gerekli olmayacağını da ekliyor. Bazı çalışmalar bu iddiayı desteklemektedir. Bir çalışma insanların koronavirüs 229E ile aşılandığında, bir yıl sonraki enfeksiyonları engellemediğini ancak enfeksiyona yakalandıysa hafif semptomlarla geçirildiğini gösterdi.
OC43 koronavirüsü bu pandeminin nereye gidebileceğine dair bir model sunmaktadır. Bu virüs de insanlarda soğuk algınlığı etkenidir, ancak Belçika'daki Leuven Üniversitesi'nden yapılan genetik araştırmalar, OC43'ün de geçmişte bir katil olabileceğini düşündürmektedir. Bu çalışma OC43'ün 1890’larda farelerden ineklere oradan insanlara yayıldığını gösteriyor. Bilim adamları, OC43'ün 1890'larda dünya çapında bir milyondan fazla insanı öldüren bir salgından sorumlu olduğunu ileri sürüyorlar. Bugün OC43 hala dolaşıyor ama insanlar ona karşı bağışık olduğu için salgın yapamıyor olabilir.
Aynı sürecin SARS-CoV-2 için olup olmayacağını henüz bilmek mümkün değil. Maymunlarda yapılan bir araştırma, SARS-CoV-2'ye karşı antikorların koruyucu olduğunu gösterdi, ancak çalışma sadece enfeksiyondan sonraki ilk 28 günü kapsadığından bağışıklığın ne kadar sürdüğü net bilinmemektedir.
İnsanların SARS-CoV-2'ye karşı herhangi bir bağışık yanıt oluşturup oluşturmadığına dair tüm sorulara rağmen, bazı ülkeler hastalığı atlatanlara 'sağlam pasaportu' vermeyi, enfekte olma veya başkalarına bulaştırma korkusu olmadan dışarı çıkmalarını sağlamayı teşvik ediyor.
Perlman’a göre insanlar “diğer koronavirüslerin de korkunç olduğunu ve güçsüzleştiğini” düşünmeyi seviyor. “Bu şu anda neler olup bittiğini düşünmenin iyimser bir yolu, ancak kanıtımız yok.”
Yazının bağlantı Adresi:
https://www.nature.com/articles/d41586-020-01315-7
Makale kaynağı: Mikrobiyoloji Cemiyeti ( Facebook)
Mikrobiyoloji, Parazitoloji ve Viroloji
-
Mısır Mumyaları Sıtma, Parazitik Kurtlar ve Bitlerle Dolu
-
Araştırmacılar yeşil algler ve bakterilerin birlikte iklimin korunmasına katkıda bulunduğunu ortaya koyuyor.
-
Bilim İnsanları Kretase kehribarında hapsolmuş endoparazit deniz tenyasını keşfettiler.
-
Saç Bitleri, Amerika’ya İlk İnsan Göçleriyle Birlikte Yayılmış
-
E. coli'de ısı şoku tepkisinin altında yatan yeni mekanizmanın ortaya çıkarılması
-
Parazitlerle Enfekte Olmuş 200 Milyon Yıllık Dışkı Fosili Bulundu
-
"Virüsler ve Sağlığımız: Viral Hastalıkların Altında Yatan Gerçekler"
-
Sibirya’da Bulunan 46.000 Yıllık Yuvarlak Kurtlar Canlandırıldı
-
Virüsler hücreler arası iletişimi bozarak bağışıklık sistemini atlatıyor
-
Sıcağı seven deniz bakterisi, asbestin zehirleyici etkisini yok edebilir
-
Bağırsak bakterilerinin kilo almayla ilişkisi var mı?
-
Maymun çiçeği virüsü
-
C. elegans solucanlar zehirlenmekten nasıl korunuyor?
-
Yeni organizmanın keşfi, atık su arıtımında ortak sorunu çözebilir.
-
İlk Koronavirüs Salgını 21.000 Yıl Önce Çıkmış