Vor 20000 Jahren ereignete sich eine Coronavirus-Epidemie

Eine gemeinsame Forschungsstudie hat genetische Daten des 1000-Genome-Projekts analysiert und festgestellt, dass vor über 20.000 Jahren in Ostasien eine Coronavirus-Epidemie aufgetreten ist. Die Studie ist in Current Biology veröffentlicht.

Vor 20000 Jahren ereignete sich eine Coronavirus-Epidemie

Wie oft finden Sie sich in einem Tagtraum verloren? Erinnerst du dich freudig an eine Zeit, als Freunde mit einer Umarmung begrüßt wurden, beschwertest du dich darüber, dass du auf deinem morgendlichen Weg zur Arbeit in der U-Bahn gegen andere verschwitzte Körper gestoßen wurdest und Händedesinfektionsmittel nur auf den Toiletten eines Festivals gefunden wurden. Ah – Leben vor der Pandemie. Oder, oder wie manche es nennen, das Leben BC – „before covid“. In Wahrheit aber kennt unsere Generation kein „BC“.

SARS-CoV-2 ist nicht das erste Coronavirus, dem wir begegnet sind. Es besteht die Möglichkeit, dass Sie sich irgendwann in Ihrem Leben mit einem „Geschwister“ des Virus infiziert haben, das zur gleichen Coronaviridae-Familie gehört. Diese Viren verursachen häufig Infektionen der Atemwege und werden mit der Erkältung in Verbindung gebracht. Wie jedoch der SARS-CoV-Ausbruch von 2003, der 774 Menschenleben forderte, der MERS-CoV-Ausbruch von 2012 und die aktuelle COVID-19-Pandemie gezeigt haben, können sich Coronaviren im Laufe der Zeit so entwickeln, dass sie zunehmend übertragbar und gefährlich für den Menschen werden.

Nun deutet eine neue Arbeit darauf hin, dass die Vorfahren des modernen Menschen in Ostasien mit einer Coronavirus-Epidemie zu kämpfen hatten, die vor 20.000 Jahren stattfand. Die Forschung ist ein Gemeinschaftsprojekt, an dem eine Reihe von Institutionen beteiligt sind, darunter die Queensland University of Technology (QUT), die University of Arizona, die Stanford University und die University of California San Francisco.

„Der Erstkontakt [zwischen Forschungsgruppen] fand in den frühen Tagen der COVID-19-Pandemie statt und konzentrierte sich darauf, die Expertise der Gruppen zu bündeln, um die Wechselwirkungen zwischen dem Virus [SARS-CoV-2] und der Wirtszelle zu verstehen. “ sagt Kirill Alexandrov, Professor für Synthetische Biologie am QUT und Forschungsleiter des Projekts. Das Verständnis solcher Wechselwirkungen ist von grundlegender Bedeutung für die Entwicklung von Medikamenten, die sowohl präventiver als auch therapeutischer Natur sind. Ein Teil dieser Forschung umfasste die Durchführung bioinformatischer Analysen menschlicher Genome auf koordinierte Mutationen in den Genen, die mit SARS-CoV-2 interagieren.

Sehr wichtige Proteine, zumindest für einen Krankheitserreger

Um zu verstehen, wie dieses Projekt zur Entdeckung einer alten Epidemie führte, gehen wir einen Schritt zurück und verstehen die Rolle eines bestimmten Proteintyps, bekannt als VIP (virus-interacting protein). Wie der Name schon sagt, sind diese Proteine ​​Teil der zellulären Maschinerie, die mit Viren interagieren, die in den Körper eindringen. Während der gesamten menschlichen Evolution hat die Selektion zu einer Fixierung genetischer Varianten geführt, die VIPS kodieren, dreimal höher als die Rate anderer Genklassen. Aus irgendeinem Grund hält die Evolution diese Gene im menschlichen Genom.

„Die gesammelten Beweise deuten darauf hin, dass es während der menschlichen Evolution häufig zu Epidemien von alten RNA-Viren gekommen ist; wir wissen jedoch derzeit nicht, ob die Selektion einen wesentlichen Beitrag zur Evolution menschlicher Gene geleistet hat, die spezifischer mit Coronaviren interagieren“, schreiben die Autoren.

Es ist wichtig zu verstehen, ob die Auswahl dazu beigetragen hat. Es kann uns über den Einfluss von Viren auf die menschliche Evolution und unsere heutigen Genome lehren.

Aber wie messen wir diesen Einfluss? „In allen Genomen häufen sich ständig Mutationen an, von denen die meisten harmlos sind und zu keiner Funktionsänderung der betroffenen Gene führen“, erklärt Alexandrov. „Man kann sich die Mutationsrate als eine ständig tickende genetische Uhr vorstellen. Wenn ein Selektionsdruck [wie eine Epidemie] besteht, beginnt die Uhr einiger Gene viel schneller zu ticken, da sie vorteilhafte Mutationen ansammeln.“

Evolutionäre Beweise

In dieser Studie analysierten Alexandrov und Kollegen Genomsequenzen von 26 verschiedenen Populationen, die Teil des 1.000-Genom-Projekts waren, und suchten nach Hinweisen auf das „Ticken“ in bestimmten Genen: jenen, die für VIPs kodieren. „Durch den Vergleich einer sehr großen Anzahl sequenzierter menschlicher Genome wurde gezeigt, dass die Uhr vieler menschlicher Gene, die SARS-CoV-2 verwendet, um menschliche Zellen zu manipulieren, vor über 20.000 Jahren schneller zu ticken begann – gleichzeitig – höchstwahrscheinlich, was darauf hindeutet, dass es eine eine Viruspandemie, die durch ein ähnliches Virus verursacht wird“, erklärt er.

Insbesondere wurde das Ticken in Genomdaten von ostasiatischen Populationen beobachtet. „Dies deutet darauf hin, dass eine alte Coronavirus-Epidemie (oder ein anderes Virus, das ähnliche VIPs verwendet) bei den Vorfahren der Ostasiaten eine adaptive Reaktion ausgelöst hat“, schreiben die Autoren.

Als nächstes verwendeten Alexandrov und Kollegen Ansätze der synthetischen Biologie, um zu bestätigen, ob das menschliche VIPS, das von Genen kodiert wurde, die vor 20.000 Jahren angereichert wurden, mit SARS-CoV-2-Proteinen interagierte. Tatsächlich haben sie dies getan, was nach Ansicht der Wissenschaftler auf die evolutionär konservierte Natur des Mechanismus hinweist, mit dem Coronaviren menschliche Zellen entführen.

Aus den Studiendaten folgern die Forscher, dass es sich bei der ostasiatischen Coronavirus-Epidemie wahrscheinlich um ein großes und langwieriges Ereignis handelte, das mehrere Generationen andauerte und letztendlich das Genom der betroffenen Bevölkerung „prägte“.

Es stellt sich die Frage, wie die SARS-CoV-2-Pandemie das menschliche Genom über Jahre hinweg prägen könnte. Alexandrov betont jedoch, dass diese Forschung keine Kausalität impliziert: „Obwohl es sehr wahrscheinlich ist, dass die Veränderungen im menschlichen Genom durch eine Coronavirus-Epidemie verursacht wurden, liefert die Arbeit keinen direkten Beweis“, sagt er.

Als nächstes beabsichtigen die Wissenschaftler, eine Genomanalyse noch größerer Bevölkerungsgruppen durchzuführen, die die Existenz von älteren Ausbrüchen von Infektionskrankheiten aufdecken und die historische Beziehung zwischen Viren und der Evolution des Menschen weiter ableiten könnte. „Die in dieser Studie entwickelten Ansätze können die Bemühungen zur Vorbereitung auf eine Pandemie vorantreiben“, fügt Alexandrov hinzu. Das Projekt wäre ohne die Teamleistung nicht möglich gewesen, fasst er zusammen: „Dies war eine wirklich interdisziplinäre, interinstitutionelle und internationale Anstrengung. Die Studie kombinierte die Arbeit des Bioinformatik-Teams unter der Leitung von David Enard (an der University of Arizona) und der synthetischen Biologie an der QUT.“