COSA SAPPIAMO DELL'ORIGINE DI SARS-CoV2

Il virus SARS-CoV2 ha dei progenitori molto simili a se stesso dal punto di vista molecolare. Tra questi ritroviamo in primo luogo il virus RaTG13, un coronavirus identificato nel 2013 nel pipistrello con il quale condivide circa il 96% di somiglianza genomica (identità).

SARS-CoV2 risulta anche molto simile, sebbene con minore identità di sequenza, con i virus:

• SARS-CoV1, che tra novembre 2002 e luglio 2003 si è diffuso in tutto il mondo provocando oltre 8000 casi e 774 decessi, con un tasso di mortalità del 9-11% circa, trasmissibile da uomo ad uomo;
• MERS-CoV, che nel 2012 fu responsabile di più di 8000 contagi e 800 morti [1-3] (Fig.7).

Mentre SARS-CoV1 si diffuse efficacemente da un essere umano all'altro, le infezioni da MERS-CoV umane erano generalmente il risultato di zoonosi indipendenti (trasmissioni da animale a uomo) da dromedari [4]. Ciò ha limitato la sua diffusione prevalentemente nella Penisola Arabica.

Fig.7 – Comparazione dei genomi di riferimento di SARS-CoV2 (query), SARS-CoV2 isolato allo Spallanzani di Roma, RaTG13, SARS-CoV1 e MERS-CoV. La colonna «Per. Ident.» riferisce la percentuale di identità di ciascuno dei genomi considerati rispetto a quello di SARS-CoV2.

I coronavirus infettano un'ampia gamma di animali, e le epidemie umane sopra descritte sono il risultato di uno o più "salti" da questi serbatoi virali nella popolazione umana (salto di specie). Si ritiene che SARS-CoV1 sia arrivato agli umani dai pipistrelli del genere Rhinolophus (a ferro di cavallo)  attraverso la Paguma larvata (civetta delle palme mascherata) come ospite intermedio;  anche la  MERS sembra derivi dai pipistrelli e abbia sfruttato il dromedario come ospite intermedio [2,3,5].

Per quando riguarda SARS-CoV2, la sua filogenesi ci riporta a RaTG13 del pipistrello ma è ancora sconosciuto l’ospite intermedio che ha permesso al virus il “salto di specie” dal pipistrello all’uomo [6-8] (Fig.8).

Diversi studi sostengono che l’ospite intermedio possa essere il pangolino. Questa ipotesi è da verificare in quanto in Genebank, database in cui tutti i ricercatori mondiali depositano le sequenze genomiche di diversi organismi, il genoma del coronavirus del pangolino non è completa [5].

Trovare l'ospite intermedio di SARS-CoV2 aiuterebbe a:

• prevenire la diffusione dell’epidemia e il verificarsi di una seconda epidemia;
• comprendere meglio le modalità con cui è avvenuto il “salto di specie”.

Fig.8 – Filogenesi di SARS-CoV2. Tratta da GISAID https://www.gisaid.org/

Salti di specie e filogenetica

I salti delle specie virali (chiamati anche salti di ospite) si verificano quando un virus acquisisce la capacità di infettare e quindi di diffondersi tra gli individui di una nuova specie ospite. Esempi storici di virus animali che sono saltati nell'uomo, oltre a SARS-CoV1 e a MERS-CoV, sono HIV, Ebola  e il virus dell'influenza A. 

La filogenetica è lo studio della storia evolutiva di una specie, grazie alla quale si possono comprendere le relazioni di parentela tra specie diverse attualmente esistenti e specie esistite in passato. Le tecniche di biologia molecolare consentono di studiare le sequenze delle molecole e dei genomi, costituendo un grande vantaggio per la costruzione degli alberi filogenetici (i diagrammi a rami che evidenziano le relazioni di parentela tra le specie). I genomi virali possono essere agevolmente confrontati viste le loro ridotte dimensioni. Una volta isolato un nuovo virus, è possibile sequenziare (“leggere”) il suo genoma e confrontarlo con quello di altri virus noti o di nuova identificazione.

 

Come avviene il salto di specie?

I passaggi coinvolti nei trasferimenti di virus a nuovi ospiti includono:

la generazione di varianti virali per il sopraggiungere di mutazioni, che hanno la capacità di diffondere efficientemente tra individui della nuova specie ospite;

il contatto tra il virus e il nuovo ospite;

l'infezione di un individuo iniziale che porta all'incremento delle particelle virali.

In questi casi possono originarsi focolai devastanti [6].

Bisogna tener conto che i recettori e le proteine virali che ad essi si legano possono interagire solo se le rispettive strutture tridimensionali ”combaciano” alla perfezione, come una chiave nella serratura. L’interazione tra le molecole, quindi, è specifica.

I virus, replicandosi, accumulano spontaneamente e casualmente mutazioni nel proprio genoma. Ciò può cambiare la struttura tridimensionale delle proteine virali, che potrebbero così risultare “più compatibili” con i recettori di un ospite diverso rispetto a quello originario.

Quando è frequente il contatto tra ospite originario e nuovo ospite può accadere che i virus mutati riescano ad entrare nelle cellule del secondo. Ne consegue che più simili sono i recettori cellulari di specie diverse, meno mutazioni deve accumulare il virus per poter effettuare il salto di specie.

Mutazioni

Durante la replicazione del genoma (cioè la creazione di copie del materiale genetico) si producono degli errori, definiti mutazioni. I virus, a differenza delle cellule, non possiedono dei meccanismi per correggere gli errori e questo porta ad un alto tasso mutazionale.

Le mutazioni sono eventi casuali che si trasmettono di generazione in generazione, sommandosi a quelle nuove. Tracciando le mutazioni, quindi, possiamo ricostruire la filogenesi di un organismo o un virus.

In questo momento le sequenze genomiche del virus isolati da persone infette vengono costantemente aggiunte, da tutto il mondo, in databases scientifici specifici (Genebank).

Utilizzando come sequenza di riferimento la sequenza ottenuta a Whuan (primo epicentro epidemico), e confrontando con essa le sequenze dei virus ottenute dai tamponi del resto del mondo, è possibile osservare la loro correlazione grazie alle mutazioni accumulate nel tempo dal virus. Tutti i campioni finora sequenziati sono ancora strettamente correlati (hanno cioè accumulato poche mutazioni), suggerendo un antenato comune che ha effettuato il salto di specie tra novembre-dicembre 2019 [6,8,9].

REFERENZE

1. Zhou P, Yang XL, Wang XG, Hu B, Zhang L, Zhang W, Si HR, Zhu Y, Li B, Huang CL, Chen HD, Chen J, Luo Y, Guo H, Jiang RD, Liu MQ, Chen Y, Shen XR, Wang X, Zheng XS, Zhao K, Chen QJ, Deng F, Liu LL, Yan B, Zhan FX, Wang YY, Xiao GF, Shi ZL. A pneumonia outbreakassociated with a new coronavirus of probablebatorigin. Nature. 2020; 579(7798):270-273. doi: 10.1038/s41586-020-2012-7.
2. Liu Z, Xiao X, Wei X, Li J, Yang J, Tan H, Zhu J, Zhang Q, Wu J, Liu L. Composition and divergence of coronavirus spikeproteins and host ACE2 receptors predictpotential intermediate hosts of SARS-CoV-2. J MedVirol. 2020.
3. Ashour HM, Elkhatib WF, Rahman MM, Elshabrawy HA. Insights into the Recent 2019 Novel Coronavirus (SARS-CoV-2) in Light of Past Human Coronavirus Outbreaks. Pathogens. 2020; 4;9(3). pii:E186. 
4. Dudas G, Carvalho LM, Rambaut A, Bedford T. MERS-CoVspilloverat the camel-human interface. Elife. 2018;7. pii: e31257.
5. Banerjee A, Misra V, Mossman K. Bats and Coronaviruses. Viruses. 2019; 11(1):41.
6. Li C, Yang Y, Ren L. Geneticevolutionanalysis of 2019 novel coronavirus and coronavirus from otherspecies. Infect Genet Evol. 2020;82:104285.
7. Parrish CR, Holmes EC, Morens DM, Park EC, Burke DS, Calisher CH, Laughlin CA, Saif LJ, Daszak P. Cross-species virus transmission and the emergence of new epidemic diseases. Microbiol Mol Biol Rev. 2008;72(3):457-70. doi: 10.1128/MMBR.00004-08.
8. Phylogeneticanalysis, http://virological.org/t/phylodynamic-analysis-90-genomes-12-feb-2020/356
9. Gisaid.Genomicepidemiology of hCoV-19. https://www.gisaid.org/epiflu-applications/next-hcov-19-app/