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COVID holt evolutionäre Virologen aus dem Schatten in den Kampf

by drbyos
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Es war ein seltsames, anstrengendes Jahr für viele evolutionäre Virologen.

“Wissenschaftler sind es nicht gewohnt, Aufmerksamkeit zu erregen und sind es nicht gewohnt, in der Presse zu stehen und auf Twitter angegriffen zu werden”, sagte Martha Nelson, PhD, wissenschaftliche Mitarbeiterin, die die Virusentwicklung an den National Institutes of Health (NIH) untersucht Medizinische Nachrichten von Medscape.

In den letzten anderthalb Jahren ist die Evolutionstheorie ins Rampenlicht gerückt – vielleicht mehr denn je, da die Welt von der Delta-Variante verfolgt wird und Ängste vor einer noch schlimmeren Mutation aufkommen.

Wir haben auch über die Ursprünge von SARS-CoV-2 und den Aufstieg der Delta-Variante diskutiert und über die Wirksamkeit des Impfstoffs und die mögliche Notwendigkeit von Auffrischimpfungen spekuliert. In all diesen Fällen beschäftigen wir uns bewusst oder unbewusst mit dem Gebiet der evolutionären Virologie.

Es war von zentraler Bedeutung für die Vertiefung unseres Verständnisses der anhaltenden Pandemie, auch wenn SARS-CoV-2 Lücken in unserem Wissen über das Verhalten und die Entwicklung von Viren aufgedeckt hat.

Experten für evolutionäre Virologie glauben, dass ihr Fachwissen und ihre Werkzeuge nach der Pandemie auf die klinische Medizin angewendet und in sie integriert werden könnten, um die Ergebnisse und unser Verständnis von Krankheiten zu verbessern.

“Aus unserer Sicht war die Evolutionsbiologie eine Beilage und etwas, das nicht in die Kernpraxis der Medizin integriert wurde”, sagte Nelson. “Ich bin wirklich gespannt, wie sich das im Laufe der Zeit ändert.”

Pandemie-Entwicklung

Neuartige Krankheitserreger, antibiotikaresistente Bakterien und Krebszellen sind alles Produkte einer fortlaufenden Evolution. „Genau wie zelluläre Organismen haben Viren Genome, und alle Genome entwickeln sich“, sagte Eugene Koonin, PhD, Gruppenleiter der evolutionären Genomik am NIH Medizinische Nachrichten von Medscape.

Im Vergleich zu zellulären Organismen entwickeln sich Viren ziemlich schnell, sagte er.

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Eine kürzlich im veröffentlichte Studie Tagungsband der National Academy of Sciences (PNAS) veranschaulicht die evolutionäre Virologie in Aktion. In der Studie analysierten Koonin und Kollegen mehr als 300.000 Genomsequenzen von SARS-CoV-2-Varianten, die ab Januar 2021 öffentlich verfügbar waren, und kartierten alle Mutationen in jeder Sequenz.

Die Forscher identifizierten eine kleine Untergruppe von Mutationen, die mehr als einmal unabhängig voneinander auftraten und die wahrscheinlich die virale Anpassung unterstützten, sagte Nash Rochman, PhD, wissenschaftlicher Mitarbeiter am NIH und Co-Autor des PNAS lernen.

Viele dieser Mutationen konzentrierten sich auf zwei Bereiche des Genoms die Rezeptorbindungsdomäne des Spike-Proteins und eine Region des Nukleokapsidproteins ― und wurden oft zusammengefasst, was möglicherweise größere Vorteile für das Virus verschaffte, als es einzeln aufgetreten wäre, er sagte.

Die Forscher fanden auch heraus, dass sich das SARS-CoV-2-Genom seit Beginn der Pandemie in verschiedenen Regionen der Welt weiterentwickelt und diversifiziert hat, was das Aufkommen neuer Abstammungslinien und möglicherweise sogar neuer Arten ermöglicht, sagte Koonin.

Während der Pandemie haben Forscher evolutionäre Virologie-Tools verwendet, um viele andere Fragen anzugehen. Nelson verfolgte beispielsweise die Ausbreitung von SARS-CoV-2 in Europa und Nordamerika. In einer Studie von Rochman und Koonin, die derzeit einem Peer Review unterzogen wird, fanden die Forscher heraus, dass kürzlich geimpfte Personen, die nur teilweise immun sind, das höchste Risiko für die Inkubation antikörperresistenter Varianten haben.

C. Brandon Ogbunu, PhD, ein Evolutionsgenetiker an der Yale University, dessen Arbeit sich auf die Evolution von Krankheiten konzentriert, untersuchte, ob sich SARS-CoV-2 zu einer höheren Übertragbarkeit entwickeln würde und wenn ja, würde es auch mehr oder weniger virulent werden. Sein Labor untersuchte auch die Übertragung und Verbreitung des Virus.

„Ich denke, das letzte Jahr war einerseits die Gelegenheit, Konzepte und Perspektiven anzuwenden, die wir in den letzten Jahrzehnten entwickelt haben“, sagte Ogbunu Medizinische Nachrichten von Medscape. „Gleichzeitig war diese Pandemie für viele von uns auch ein Weckruf, wenn es darum geht, Dinge aufzudecken, die wir über die Art und Weise, wie Viren infizieren, sich verbreiten und wie die Evolution innerhalb von Viren funktioniert, nicht verstehen.“

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Er betont die Notwendigkeit, dass die Evolutionsbiologie mit anderen Bereichen – einschließlich Informationstheorie und Biophysik – zusammenarbeitet, um virale Mysterien zu entschlüsseln: “Wir müssen sehr, sehr sorgfältig darüber nachdenken, wie sich diese Felder überschneiden.”

Nelson weist auch auf die Notwendigkeit einer besseren, zentralisierten Datenerfassung in den Vereinigten Staaten hin. Die schiere Menge an Informationswissenschaftlern, die Wissenschaftler über SARS-CoV-2 gesammelt haben, wird in den kommenden Jahren bei der Untersuchung der Virusentwicklung helfen, sagte Koonin.

Evolution in der Medizin

Evolutionäre Virologie und verwandte Forschung können außerhalb des Kontexts einer globalen Pandemie auf die Medizin angewendet werden. “Die Prinzipien und technischen Teile der evolutionären Virologie sind sehr gut auf andere Krankheiten anwendbar, einschließlich Krebs”, sagte Koonin.

Viren, Bakterien und Krebszellen sind alle sich entwickelnde Systeme. Viren und Bakterien entwickeln sich ständig weiter, um Medikamente und Impfstoffe zu vereiteln. Wie Ärzte und medizinisches Fachpersonal Medizin praktizieren, beeinflusst den Selektionsdruck, der die Entwicklung dieser Krankheitserreger vorantreibt, sagte Nelson.

Der Anstieg antibiotikaresistenter Bakterien ist ein besonders relevantes Beispiel dafür, wie die Evolution die Art und Weise beeinflusst, wie Ärzte Patienten behandeln. Eine evolutionäre Perspektive kann dazu beitragen, Informationen darüber zu erhalten, wie Patienten am effektivsten behandelt werden können, sowohl für einzelne Patienten als auch für das allgemeine Gesundheitswesen, sagte sie.

“Lange Zeit gab es ein großes Interesse an der Evolution von Krankheitserregern, das sich nicht so sehr in die klinische Praxis übertragen hat”, sagte Nelson. “Es gab eine Art Kluft zwischen der Forschungsseite der evolutionären Virologie und der Entstehung von Krankheitserregern und der tatsächlichen medizinischen Praxis.”

Da die Genomsequenzierung schneller und billiger geworden ist, hat sich diese Kluft langsam verengt, sagte sie. Da sich diese Technologie weiterhin bewährt, indem sie beispielsweise die Entwicklung eines Virus in Echtzeit verfolgt, hofft Nelson, dass es einen positiven Schneeballeffekt geben wird, der zu mehr Aufmerksamkeit, Investitionen und Verbesserungen bei Genomdaten und seiner Verwendung in der Epidemiologie führt und Medizin wird in Zukunft expandieren.

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Um Studien zur viralen Evolution stärker in die Medizin einzubringen, sei ein Umdenken erforderlich, sagte Ogbunu. Die klinische Praxis ist von Natur aus sehr auf den einzelnen Patienten ausgerichtet. Evolutionsbiologie hingegen beschäftigt sich mit Populationen und Wahrscheinlichkeiten.

Die Möglichkeit, sich mit der Evolutionsbiologie zu beschäftigen, würde Ärzten helfen, Krankheiten besser zu verstehen und ihren Patienten zu erklären, sagte er.

Nelson empfiehlt zunächst, mindestens einen Kurs in Evolutionsbiologie oder Evolutionsmedizin an der medizinischen Fakultät zu belegen und eine Weiterbildung in diesem Bereich für Ärzte zu gestalten (Präsentationen auf Konferenzen könnten eine Möglichkeit sein, dies zu tun, bemerkt sie).

Nelson empfiehlt auch ein intensiveres Engagement und eine engere Zusammenarbeit zwischen Ärzten, die Proben von Patienten sammeln, und Evolutionsbiologen, die genetische Daten analysieren. Dies würde die Qualität der Daten, der Analyse und der eventuellen Ergebnisse verbessern, die für Patienten und die klinische Praxis relevant sein könnten.

„Meine erste und unvermeidliche Reaktion ist jedoch, dass ich es vorziehen würde, in relativer Dunkelheit zu existieren“, sagte Koonin und stellte fest, dass die Tragödie der Pandemie die Fortschritte auf diesem Gebiet überwiegt.

Obwohl es kein Zurück in präpandemische Zeiten gibt, bietet sich nach COVID eine enorme Chance, den Dialog zwischen Ärzten und evolutionären Virologen zu intensivieren, um die medizinische Praxis sowie die öffentliche Gesundheit zu verbessern.

Nelson resümierte: “Alles, was wir über diese Krankheitserreger aufdecken, kann uns helfen, so etwas wieder zu verhindern.”

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