L’origine della SARS-CoV-2

Sin dalle prime notizie di polmonite interstiziale causata dal COVID-19 a Wuhan, in Cina, si è discusso in modo considerevole dell’origine del virus.
La SARS-CoV-2 è il settimo coronavirus noto per infettare l’uomo; SARS-CoV, MERS-CoV e SARS-CoV-2 possono causare gravi malattie, mentre HKU1, NL63, OC43 e 229E sono associati a sintomi lievi. Le analisi comparative dei dati genomici svolte dai ricercatori mostrano che la SARS- CoV-2 non è stato costruito in laboratorio e certamente non è un virus appositamente manipolato dall’uomo. Cerchiamo di capire però cosa si può dedurre sull’origine della SARS-CoV-2.

Mutazioni nel dominio del recettore della SARS-CoV-2

Il virus della SARS-CoV-2 mostra delle proiezioni sulla propria superficie. Queste proiezioni sono formate da una proteina, denominata “proteina spike” (dall’inglese “punta”, “spuntone”). Le differenze principali di questo nuovo coronavirus rispetto al virus della SARS-CoV sembrano essere localizzate proprio nella struttura di questa proteina spike, nello specifico, in una parte denominata ‘dominio legante il recettore (RBD)’.

Sei amminoacidi del dominio legante il recettore hanno dimostrato di essere fondamentali per il legame con i recettori dell’ACE2 (angiotensina 2) ma cinque di questi amminoacidi differiscono tra SARS-CoV-2 e SARS-CoV. Questo ci permette di capire la specificità della SARS-CoV-2 attraverso cui attacca il recettore ACE2, espresso nelle cellule dei capillari polmonari.

Caratteristiche della proteina di picco nella SARS-CoV-2 umana e coronavirus correlati.

Le analisi genomiche suggeriscono che la SARS-CoV-2 può legare l’ACE2 umano con elevata affinità, mentre, le analisi computazionali mostrano che l’interazione non è ideale e che la sequenza RBD è diversa da quelle mostrate nella SARS-CoV. Pertanto, il legame tra la proteina della SARS-CoV-2 con l’ACE2 umano è molto probabilmente il risultato della selezione naturale su un ACE2 umano o simile all’uomo che ha consentito un legame ad alta affinità.

Questa è una prova evidente che SARS-CoV-2 non è il prodotto di una manipolazione intenzionale.
Un’altra prova che permette di affermare che la SARS-CoV-2 è nata da una possibile selezione naturale è la presenza di un sito di scissione polibasico (RRAR) nella giunzione di S1 S2, che sarebbero le due subunità della proteina spike. Ciò consente una scissione efficace da parte della furina e di altre proteasi e ha un ruolo abbastanza rilevante nel determinare l’infettività virale. Inoltre, in questo sito è inserito anche un altro amminoacido, la prolina; quindi, la sequenza è PRRA.
Purtroppo la funzione del sito di scissione polibasico nella SARS-CoV-2 non è ancora ben nota e sarà importante determinarne l’effetto che ha riguardo la trasmissibilità e la patogenesi negli animali. Esperimenti con SARS-CoV hanno dimostrato che l’inserimento di un sito di scissione della furina nella giunzione S1 S2 migliora la fusione cellula-cellula. Ad esempio, la scissione efficiente di alcune proteine del virus ‘MERS-CoV’ consente ai coronavirus MERS-like dei pipistrelli di infettare le cellule umane.

Teorie sulle origini della SARS-CoV-2

Come abbiamo già affermato ampiamente in precedenza è altamente improbabile che SARS- CoV-2 sia emerso attraverso la manipolazione in laboratorio di un coronavirus simile a SARS-CoV- like. Infatti, come si può notare sopra, l’RBD di SARS-CoV-2 è ottimizzato per l’associazione all’ACE2 umano e i risultati degli studi genetici mostrano inconfutabilmente che il virus non deriva da nessun altro precedentemente utilizzato.

Sono due gli scenari che possono spiegare l’origine della SARS-CoV-2:
1) selezione naturale in un ospite animale prima del trasferimento zoonotico;
2) selezione naturale nell’uomo a seguito di trasferimento zoonotico.

(con il termine ‘trasferimento zoonotico’ si intende una qualsiasi malattia infettiva che può essere trasmessa dagli animali all’uomo o viceversa).

Selezione naturale in un ospite animale prima del trasferimento zoonotico

Poiché i primi casi di COVID-19 erano collegati al mercato di Wuhan, è possibile che in questo luogo fosse presente una fonte animale.
Data la somiglianza di SARS-CoV-2 con i coronavirus simili a SARS-CoV, è probabile che i pipistrelli siano stati ospiti di riserva per il suo progenitore. Sebbene il virus del pipistrello, denominato RaTG13, sia per il 96% identico alla SARS-CoV-2, l’RBD è differente, il che suggerisce che potrebbe non legarsi efficacemente all’ACE2 umano.

I pangolini malesi (Manis javanica) invece possono essere infetti da coronavirus simili alla SARS- CoV-2. Sebbene il virus del pipistrello RaTG13 rimanga geneticamente più vicino alla SARS- CoV-2, alcuni coronavirus nei pangolini mostrano una forte somiglianza con la SARS-CoV-2 anche nell’RBD. Ciò dimostra che la proteina presente nella SARS-CoV-2 ottimizzata per il legame con ACE2 simile all’uomo è il risultato della selezione naturale.

Né i coronavirus di pipistrello né i coronavirus di pangolino campionati finora però hanno siti di scissione polibasici. Sicuramente però tutti quei processi legati a possibili mutazioni, inserzioni ed eliminazioni genetiche possono verificarsi vicino alla giunzione S1 e S2 della proteina spike, tutto ciò dimostra che il sito di scissione polibasico può derivare da un processo evolutivo naturale.

Un processo evolutivo del genere può verificarsi nel caso in cui un virus SARS-CoV-like acquisisca sia il sito di scissione polibasico, sia delle mutazioni nella proteina spike che la rendano adatta al legame con l’ACE2 umano ed un ospite animale dovrebbe probabilmente avere un’alta densità di popolazione e una codifica dell’ACE2 attraverso geni ortologhi; cioè geni che, in organismi differenti, codificano per le stesse proteine.

Selezione naturale nell’uomo a seguito di trasferimento zoonotico

È possibile che un progenitore della SARS-CoV-2 abbia infettato l’essere umano, acquisendo delle caratteristiche genomiche attraverso l’adattamento durante la trasmissione da uomo a uomo. Tutte le caratteristiche genomiche sequenziate finora nella SARS-CoV-2 derivano sicuramente da un suo antenato. Una volta acquisiti, questi adattamenti avrebbero consentito al virus di produrre un gruppo di casi sufficientemente ampio da innescare un’epidemia e successivamente una pandemia. L’avvento della SARS-CoV-2, secondo gli studi svolti sulle sequenze genomiche, indicano un periodo che varia tra la fine di novembre 2019 e l’inizio di dicembre 2019. Questo scenario presuppone un periodo di trasmissione non riconosciuta nell’uomo tra il primo evento zoonotico e l’acquisizione da parte del virus del sito di scissione polibasico. Ad esempio, nel caso di un altro coronavirus, chiamato MERS-CoV, i casi umani sono stati il risultato di ripetuti trasferimenti del virus dai cammelli, dove questo tipo di virus produce semplicemente singole infezioni o brevi catene di trasmissione, senza nessun tipo di adattamento alla trasmissione a lungo termine.

Conclusioni

Nel mezzo dell’emergenza globale di sanità pubblica riguardante il COVID-19, è ragionevole chiedersi perché le origini della pandemia. Comprendere le caratteristiche di questo nuovo virus, e sopratutto, come un virus animale è riuscito ad infettare l’essere umano in modo così produttivo, aiuterà nella prevenzione di futuri eventi zoonotici.
È chiaro che, se la SARS-CoV-2 si fosse ipoteticamente pre-adattato in un’altra specie animale, sussiste il rischio di futuri eventi di riemersione.

Tutto ciò che è stato descritto qui può spiegare in parte l’infettività e la trasmissibilità della SARS- CoV-2 nell’uomo. Nonostante le prove dimostrino che SARS-CoV-2 non è un virus manipolato intenzionalmente, al momento è impossibile provare o confutare altre teorie sulla sua origine.

Articolo scritto da Gioacchino Sciortino Studente di Chimica e Tecnologia Farmaceutiche (LM-13) Università degli Studi di Palermo

  1. https://www.nature.com/articles/d41586-020-00660-x?fbclid=IwAR3NxwBKfll6sVb0yn4k9- MniSMjQExLkfz6KYuXZqwbcTCdigOUpdhrD1s
  2. Ruiyun Li, Sen Pei, Bin Chen, Yimeng Song, Tao Zhang, Wan Yang, Jeffrey Shaman https://science.sciencemag.org/content/ early/2020/03/24/science.abb3221#BIBL
  3. Kristian G. Andersen, Andrew Rambaut, W. Ian Lipkin, Edward C. Holmes & Robert F. Garry https://www.nature.com/articles/ s41591-020-0820-9?

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