Jaký je smysl virové taxonomie?

„Často se hájí názor, že věda by měla být postavena na jasných a ostře definovaných základních pojmech. Ve skutečnosti žádná věda, ani ta nejpřesnější, nezačíná takovými definicemi. Skutečný začátek vědecké činnosti spočívá spíše v popisu jevů a poté v jejich seskupování, klasifikaci a korelaci.

Freud S. (1915). "Instinkty a jejich proměny," v: Standardní vydání úplných psychologických děl Sigmunda Freuda (sv. 14), Strachey J., editor. (Londýn: The Hogarth Press).

Taxonomie – disciplína klasifikace a pojmenovávání věcí – je základem všech věd. To bylo uznáno Sigmundem Freudem (1856–1939) jako psychologickým taxonomem, Dmitrijem Mendělejevem (1834–1907) jako chemickým taxonomem a Victorem Goldschmidtem (1888–1947) jako minerálním taxonomem a vědci z CERNu jej dnes uznávají jako taxonomy. částicové fyziky. Pro většinu lidí se však taxonomie vztahuje k biologii – k organismům, které se rozmnožují a vyvíjejí. Tato taxonomie obvykle zahrnuje rostliny, zvířata a bakterie, ale do této kategorie patří také viry. Ve skutečnosti jsou viry díky své velkolepé rozmanitosti a hojnosti pro taxonomy výzvou i příležitostí.

"Evoluční mechanismy odpovídají za jednotu a rozmanitost všech druhů na Zemi."

Reece JB a kol. (2014). Kapitola 1. Evoluce, témata biologie a vědeckého bádání. V Campbellově biologii (10^th ed.), Campbell N. a kol., editoři. (Boston: Pearson).

Proč je důležitá taxonomie virů?

Taxonomie virů je důležitá, protože umožňuje umístit klinické, biologické a evoluční rysy viru do rámce, který pojme a propojí všechny viry. Pochopení, které to přináší, má nesmírnou praktickou hodnotu. Když se například virus objeví u lidí ze zvířecího rezervoáru, taxonomická perspektiva nás staví do mnohem lepší pozice, abychom zjistili, jak vznikl, z kterého hostitele se objevil, jak se replikuje, jak způsobuje onemocnění a jak lidé reagují. k nakažení. V důsledku toho máme mnohem lepší předpoklady pro navrhování léčby a výrobu vakcín.

Nový koronavirus, těžký akutní respirační syndrom coronavirus 2 (SARS-CoV-2), který v současnosti způsobuje pandemii COVID-19, je toho příkladem. Taxonomie nám pomohla pochopit, že přirozeným hostitelem tohoto viru jsou s největší pravděpodobností netopýři a že jeho genetický materiál (genom) se vyvinul spojením různých rodičovských genomů (genetická rekombinace). S vědomím, že nový koronavirus úzce souvisí s koronavirem SARS, který se objevil v roce 2003, bylo také možné znovu použít antivirová léčiva, jako je remdesivir, pro léčbu COVID-19.¹ a následovat názor, že monoklonální protilátky generované z buněk pacienta infikovaného koronavirem z roku 2003 mohou být užitečné při léčbě pacientů s COVID-19 v roce 2020².   

V prosinci 2019 se v čínském Wu-chanu objevil nový koronavirus. Virus úzce souvisí s koronavirem SARS z roku 2003, a proto byl pojmenován jako koronavirus těžkého akutního respiračního syndromu 2. SARS-CoV-2 je původcem koronavirové infekční nemoci 2019 (COVID-19). Do konce června 2020 se SARS-CoV-2 na celém světě nakazilo více než 10 milionů lidí a došlo k více než 500,000 19 úmrtím souvisejícím s COVID-XNUMX.

Jak jsou klasifikovány viry?

Stejně jako ostatní organismy jsou viry klasifikovány do skupin nazývaných taxony podle jejich podobností a odlišností. Nejnižší pořadí je druh. Ty se shromažďují do rodů a tak dále do rodin, řádů, tříd, kmenů, království a říší. Celkově existuje hierarchická struktura 15 úrovní, která zahrnuje celé spektrum virové diverzity, rozprostírající se v evolučním časovém úseku od doby, kdy se viry poprvé objevily až po současnost.³.

Klasifikace virů je tradičně deskriptivní systém založený především na vnějších (fenotypových) znacích – velikosti a tvaru virové částice, rozsahu infikovaných hostitelů a nemocí spojených s infekcí. S vynálezem stále výkonnějších technologií sekvenování DNA se klasifikace virů postupně stala odvětvím evoluční vědy. Tato změna se v posledních letech zrychlila kvůli vysoce výkonnému sekvenování environmentálních vzorků (metagenomika), které vedlo k detekci úžasné řady virů. Kvůli těmto pokrokům a skutečnosti, že o těchto virech kromě jejich genomu nevíme nic, se seskupování virů na základě vztahů mezi jejich proteinovými a nukleovými sekvencemi (fylogenetika) stalo klíčovým prostředkem k definování taxonů.

Stále existuje spousta otázek – například, jak souvisejí námi vytvořené taxony s populacemi virů, které vidíme v přírodě, a dokážeme spolehlivě rekonstruovat ranou evoluční historii virů pouze pomocí informací o sekvenci? Nicméně je jasné, že vstupujeme do nové éry, která nám pomůže získat mnohem plnější pochopení všech virů, jejich komplexních interakcí s jejich hostiteli a jejich rolí v přírodních ekosystémech.

"Taxonomie je někdy popisována jako věda a někdy jako umění, ale ve skutečnosti je to bojiště."

Bryson B. (2003). V krátké historii téměř všeho (New York City, The Broadway Press).

Jak se jmenují virové taxony?

V kombinaci s dobrým systémem pro pojmenování taxonů poskytuje klasifikace virů silný komunikační jazyk – ve třídě, v laboratoři, v nemocnici, s regulačními úřady a s veřejností. Mezinárodní výbor pro taxonomii virů (ICTV) je odpovědná za vývoj tohoto systému. Existují pravidla pro pojmenování taxonů, zejména koncovky používané k označení různých úrovní a formát, ve kterém jsou jména zapsána. Jména jiných taxonů než druhů byla standardizována již dlouhou dobu a ICTV se nyní aktivně snaží standardizovat názvy druhů, aby se vypořádala s obrovským množstvím nově objevených virů, které bude nutné v budoucnu klasifikovat a pojmenovat. Toto názvosloví se bude s největší pravděpodobností skládat ze dvou slov (dvojčlena) – názvu rodu, za kterým následuje druhové epiteton – jak je poprvé popsal Carl Linné (1707–1778) před téměř 300 lety.

Jedna věc je jistá – virová taxonomie bude mít vzrušující vášně a intenzivní debatu!

Jak se nazývají viry a virová onemocnění?

Na rozdíl od taxonů virů, které pojmenovává ICTV, vybírají názvy virů odborníci, kteří viry objevují a zkoumají. Jsou platné pouze potud, pokud jsou akceptovány a používány příslušnou komunitou. Neexistují žádná pravidla, která by to řídila, ale obecně viry získávají svá jména od svých hostitelů, místa, kde byly poprvé izolovány, projevů nemocí, které způsobují, jejich fenotypových znaků nebo kombinací těchto věcí. Je překvapivé, že navzdory nedostatku regulace se zdá, že virologové pracují intuitivně v rámci nepsaného souboru pravidel a používají omezený počet vzorců pojmenování, které umožňují virus, druh viru a nemoc od sebe navzájem odlišit. Někdy to funguje dobře – virus varicella-zoster patří k druhu Lidský alfaherpesvirus 3 a způsobuje plané neštovice (ačkoli to není virus „neštovic“). Občas je systém méně úspěšný – k druhu patří virus japonské encefalitidy Virus japonské encefalitidy a způsobuje japonskou encefalitidu.

Pojmenování nových virových onemocnění je také poněkud nahodilý proces. Když virus infikuje lidi a způsobuje onemocnění, Světová zdravotnická organizace (WHO) doporučuje, aby názvy nemocí vycházely z příznaků nemoci, a pokud je virus, který nemoc způsobuje, znám, měl by být součástí názvu. Na druhou stranu by jméno nemělo obsahovat zeměpisné polohy, jména lidí, kulturní, populační, průmyslové nebo profesní reference nebo výrazy, které mohou podněcovat nepřiměřený strach. Nejsou-li tyto pokyny dodržovány, může WHO sama vydat dočasný název, který bude obvykle později potvrzen v Mezinárodní klasifikaci nemocí.

"Vpřed varován, předpažen, být připraven je polovina vítězství."

Miguel de Cervantes Saavedra (1856). „Dobrodružství Dona Quijota de la Mancha“. V Penguin Classics; Edice Rev Ed, 2003, (Londýn: Penguin Books).

Perspektiva

Viry mají malé genomy, krátké generační časy a alespoň v případě RNA virů replikační enzymy, které jsou náchylné k chybám. V důsledku toho se vyvíjejí mnohem rychleji než jiné organismy. To poskytuje jedinečné příležitosti ke studiu evoluce populací cirkulujících virů (mikroevoluce) i evoluce virů v mnohem delších obdobích (makroevoluce). Stejně jako viry osvětlily široké aspekty biologie, například tím, že nám umožnily rozebrat fungování buněk, které infikují, poskytují také příležitost otestovat taxonomické metody používané v biologii, včetně přístupů k zarovnání sekvencí, předpovídání funkcí. vysoce divergentních proteinů a hodnocení robustnosti fylogenetických rekonstrukčních programů zahrnujících velké soubory dat. Budoucí vývoj zlepší integraci virových a buněčných taxonomických systémů a bude mít také dalekosáhlé dopady na mikrobiální, rostlinné, veterinární, lékařské, výpočetní a environmentální vědy. Konečně je zřejmé, že již nemůžeme zlehčovat sociální, ekonomické a osobní dopady epidemií a pandemií, které byly a nadále budou způsobeny viry.

Stuart Siddell, viceprezident ICTV
Andrew Davison, prezident ICTV
www.ictv.global

Reference

1. Pruijssers AJ, George AS, Schäfer A, et al. Remdesivir silně inhibuje SARS-CoV-2 v lidských plicních buňkách a chimérický SARS-CoV exprimující SARS-CoV-2 RNA polymerázu u myší. Předtisk. bioRxiv. 2020;2020.04.27.064279.
2. Pinto, D., Park, Y., Beltramello, M. et al. Křížová neutralizace SARS-CoV-2 lidskou monoklonální protilátkou SARS-CoV. Příroda (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2349-y
3. Gorbalenya, AE, Krupovic, M., Mushegian, A. et al. Nový rozsah taxonomie virů: rozdělení virosféry do 15 hierarchických úrovní. Nat Microbiol 5, 668-674 (2020)

Poděkování

Fotografie Sigmunda Freuda: Max Halberstadt, 1921, Public Domain, Library of Congress.
Ilustrace koronaviru: 2020, Public Domain, Centers for Disease Control and Prevention, USA.
Příklady taxonomie virů. 2020, Autorská práva autorů. Může být použit pod licencí CC-BY-4.0 s potvrzením Reference 3.
Ilustrace David S. Goodsell, RCSB Protein Data Bank; doi: 10.2210/rcsb_pdb/goodsell-gallery-019