Penemuan ilmiah bahwa virus sering berpindah dan tidak terduga dari satu spesies ke spesies lain mengubah pemahaman kita tentang sejarah evolusinya dan dapat menimbulkan konsekuensi yang mengganggu dalam bentuk penyakit baru.
Ketika spesies baru terbentuk, dari mana virusnya berasal? Virus, yang tidak lebih dari sekumpulan materi genetik yang merumput bebas, sangat membutuhkan struktur dan sumber daya seluler inangnya untuk bereproduksi berulang kali. Virus tanpa inang bukanlah apa-apa.
Karena ketergantungan ini, beberapa virus tetap setia pada inangnya selama evolusi, bermutasi dan sedikit berubah setiap kali inang berubah menjadi spesies baru. Proses ini disebut ko-divergensi. Manusia dan simpanse, misalnya, memiliki virus hepatitis B yang sedikit berbeda, keduanya kemungkinan besar bermutasi dari versi yang menginfeksi nenek moyang manusia dan kera lebih dari empat juta tahun yang lalu.
Pilihan lain, yang disebut transisi antarspesies, terjadi ketika virus bermigrasi ke jenis host yang benar-benar baru yang tidak ada hubungannya dengan yang sebelumnya. Jenis evolusi virus ini dikaitkan dengan penyakit baru yang serius seperti flu burung, HIV, Ebola, dan SARS. Dan karena penyakit seperti itu sangat berbahaya, kami beruntung transisi antarspesies adalah kejadian yang agak jarang.
Namun, baru-baru ini, ketika para ilmuwan di Australia melakukan studi pertama tentang evolusi jangka panjang ribuan virus yang berbeda, mereka sampai pada kesimpulan yang mengejutkan bahwa transisi antarspesies jauh lebih penting dan terjadi lebih sering daripada yang kita bayangkan. Perubahan spesies adalah kekuatan pendorong di balik sebagian besar neoplasma evolusioner utama dalam virus. Sementara itu, ko-divergensi kurang meluas dari yang kami perkirakan, dan ini terutama menyebabkan perubahan bertahap.
"Mereka telah menunjukkan dengan sangat meyakinkan bahwa ko-divergensi adalah pengecualian daripada aturan," kata ahli biologi evolusi Pleuni Pennings, asisten profesor di Universitas San Francisco dan tidak terlibat dalam penelitian Australia.
Temuan ini sama sekali tidak berarti bahwa penyakit baru yang timbul dari transisi antarspesies adalah ancaman yang lebih serius dan segera daripada yang diasumsikan oleh obat. Namun, mereka menunjukkan bahwa dinamika evolusi virus bisa sangat kompleks. Jika para ilmuwan meremehkan frekuensi transisi virus ke inang baru, maka dalam hal ini, menjadi prioritas yang sangat penting untuk mempelajari virus mana yang paling rentan terhadap hal ini.
Ada banyak alasan mengapa lompatan antarspesies tidak mungkin berdampak signifikan pada evolusi virus. Rintangan yang mencegah virus berhasil berpindah ke inang dari spesies lain sangat serius dan berat. Jika virus tidak dapat memanipulasi materi genetik inang dan berkembang biak, maka ini adalah jalan buntu, ujung cabang. Virus mungkin membutuhkan banyak upaya untuk menginfeksi inang baru, yang telah dilakukan selama beberapa dekade atau bahkan lebih, mengakumulasi mutasi yang sesuai saat ini. Dia melakukan ini sampai dia menegaskan dirinya dan mulai berkembang biak dan menyebar.
Video promosi:
Musim semi lalu, misalnya, sekelompok ahli biologi dan peneliti biomedis yang dipimpin oleh Susan VandeWoude, profesor kedokteran komparatif di Universitas Colorado, memberikan contoh tentang apa yang mungkin disebut transisi antarspesies yang tidak lengkap. Vandewood meneliti lentivirus. Ini adalah jenis retrovirus yang dimiliki HIV. Pembawanya adalah cougars dan lynx merah Amerika Utara. Profesor tersebut, bersama dengan tim penelitinya, terus-menerus menemukan lentivirus tertentu dari lynx merah di sebuah cougar di California dan Florida. Tetapi setiap kali, data genetik menunjukkan bahwa virus ini muncul sebagai hasil kontak seorang cougar dengan lynx yang terinfeksi, katakanlah, ketika cougar memakan lynx, dan bukan dari cougar terinfeksi lainnya yang menyebarkannya. Konsentrasi virus di cougars juga rendah, yang mengindikasikan hal itubahwa virus sulit berkembang biak.
Singkatnya, virus memasuki inang kucing baru, tetapi organisme inang sangat tidak cocok untuk parasit, dan tidak dapat menetap di atasnya dengan baik. “Dalam banyak transisi, tidak ada bukti bahwa virus baru berkembang biak dalam bentuk cougars,” catat Vandewood. (Sebaliknya, tim Vandewood menemukan bahwa bentuk tertentu dari virus lynx bermigrasi ke macan kumbang Florida, yang menularkan varian yang telah mereka adaptasi.) Sejak transisi lentivirus dari satu spesies kucing ke spesies lain terjadi begitu sering, virus ini dapat bermutasi cukup kuat dari waktu ke waktu, setelah itu cougar akan menjadi habitat yang cocok untuknya. Namun sejauh ini hal tersebut belum terjadi, meski ada banyak peluang seperti itu.
Selain itu, ketika virus berhasil melompat dari satu spesies ke spesies lainnya, mereka dapat menjadi korban dari kesuksesan mereka sendiri. Ini terutama berlaku untuk populasi kecil yang terisolasi (ini adalah jumlah spesies baru yang lahir). Virus berbahaya dapat dengan sangat cepat menghancurkan host yang tersedia, setelah itu virus akan menghilang dengan sendirinya.
Karena alasan ini, ahli virologi dapat mengatakan dengan tingkat keyakinan yang tinggi bahwa bahkan jika antarspesies melompati kerangka waktu yang luas sering terjadi, ko-divergensi virus dan inangnya mungkin menjadi hal yang biasa. Tetapi hanya ada sedikit bukti eksperimental yang mendukung asumsi ini. “Co-divergence yang ideal adalah salah satu fenomena yang dapat Anda pelajari. Tetapi jika Anda mencoba menemukan contoh yang baik dari ko-divergensi semacam ini, ternyata itu sangat, sangat jarang,”kata Pennings.
Profesor biologi di University of Sydney, Edward Holmes, dan rekannya di Australia memutuskan untuk memecahkan misteri ini. Dengan menggunakan data pada genom virus, mereka merekonstruksi sejarah evolusi 19 keluarga virus utama, yang masing-masing berisi dari 23 hingga 142 virus yang menghuni berbagai inang, dari mamalia hingga ikan dan tumbuhan. Mereka membuat skema filogenetik (evolusioner) untuk famili virus dan spesies inangnya, dan kemudian membandingkannya. Para ilmuwan beralasan sebagai berikut: jika virus pada dasarnya ikut berpindah dengan inangnya, berevolusi bersamanya, maka dalam hal ini skema filogenetik virus harus serupa dengan skema inangnya, karena nenek moyang virus pasti telah menginfeksi nenek moyang inang. Tetapi jika virus berpindah dari satu host ke host lain,pola evolusi inang dan virus akan terlihat berbeda. Seberapa berbedanya? Itu tergantung pada jumlah transisi antarspesies.
Dalam pekerjaan mereka, yang diterbitkan dalam jurnal PLOS Pathogens, mereka melaporkan bahwa di semua 19 keluarga virus, transisi antarspesies tersebar luas. Holmes mengatakan bahwa tidak mengherankan baginya bahwa setiap keluarga viral yang mereka teliti tampak seperti membuat lompatan antarspesies. Tapi dia terkejut betapa seringnya mereka melakukan lompatan seperti itu sepanjang sejarah mereka. "Mereka semua melakukannya," kata Holmes. "Dan ini adalah sesuatu yang luar biasa."
Mengacu pada pertanyaan mengapa para ilmuwan sebelumnya tidak menyadari betapa pentingnya transisi interspesifik bagi evolusi virus, Holmes menjelaskan bahwa di masa lalu, penulis studi filogenetik sering menganggap masalah terlalu sempit, mempelajari sejumlah kecil spesies inang dan virus, dan melakukannya dalam kerangka waktu yang kecil. … Dalam 10 atau 20 tahun, Anda mungkin tidak akan mendapatkan lompatan antarspesies. "Dan dalam jutaan tahun ini pasti terjadi," kata Holmes.
Pendekatan inovatifnya “memberikan wawasan tentang hubungan jangka panjang antara inang dan virus,” kata John Denn, profesor biologi di Queens College, dari studi tersebut.
Memahami bagaimana dan mengapa transisi antarspesies terjadi dibantu oleh pengamatan Holmes dan rekan-rekannya terhadap virus RNA (yang menggunakan RNA sebagai materi genetik). Mereka menyimpulkan bahwa virus semacam itu lebih sering melintasi spesies daripada virus DNA (yang menggunakan DNA). “Ini mungkin karena fakta bahwa mereka memiliki tingkat mutasi yang lebih tinggi,” kata Vandewood. Dengan kombinasi genom yang lebih kecil dan tingkat mutasi yang lebih tinggi, virus RNA memiliki peluang lebih baik untuk beradaptasi dengan lingkungan inang baru.
Selain itu, Holmes menjelaskan tren ini dengan siklus hidup virus RNA dan DNA yang berbeda. Infeksi dengan partisipasi virus RNA seringkali sulit, tetapi berumur pendek, yaitu, penyakit datang dan pergi dengan agak cepat, seperti halnya flu atau flu biasa. Kefanaan ini mengarah pada fakta bahwa virus mungkin kehilangan kesempatan untuk menjadi bagian dari spesies inang yang muncul. “Pada virus yang berbahaya, efek merusak berlangsung selama berhari-hari atau berminggu-minggu,” kata Holmes. “Dan rata-rata, ko-divergensi dalam kasus seperti itu jarang terjadi. Hanya saja virusnya menghilang cukup cepat."
Tetapi infeksi yang melibatkan virus DNA seringkali bersifat kronis. Ketika sebagian dari populasi inang menyimpang dari bentuk tipikal untuk menciptakan spesies baru, kemungkinan besar akan membawa virus bersamanya, karena lebih banyak inang yang terinfeksi. Dengan demikian, kemungkinan ko-divergensi antara virus dan inang barunya meningkat.
Gaya hidup inang juga memainkan peran dalam transisi virus dan lompatan antarspesies ini bersama-sama. “Kami tahu bahwa ukuran dan kepadatan populasi inang sangat penting, dan faktor tersebut menentukan berapa banyak virus yang mereka bawa,” kata Holmes. Dia mengutip kelelawar sebagai contoh. Kelelawar cenderung membawa sejumlah besar virus berbeda, tetapi ini sebagian karena jumlah kelelawar yang ada sangat banyak. Populasi besar seperti itu lebih mungkin untuk tertular virus. “Ada aturan ekologis yang sangat sederhana: semakin banyak inang, semakin berbahaya virus yang dapat mereka bawa,” kata Holmes. "Hanya saja virus memiliki peluang lebih baik untuk menemukan inang yang rentan."
Pada tahun 1975, Francis L. Black dari Universitas Yale menulis makalah penelitian yang memberikan pemahaman mendalam tentang bagaimana dinamika populasi pejamu mempengaruhi penyakit manusia. Setelah mempelajari komunitas Aborigin Amazon yang agak terisolasi dan kecil, para ilmuwan telah menemukan bahwa infeksi virus kronis pada orang-orang ini cukup sering terjadi, tetapi sebagian besar infeksi akut tidak ada. Isolasi melindungi suku-suku ini dari virus baru. Beberapa virus berbahaya yang masuk ke masyarakat adat segera punah. Mereka hanya memiliki sedikit inang untuk bertahan hidup, dan karena itu virus menghilang dengan cepat.
Penemuan bahwa transisi interspesifik sering terjadi dapat menimbulkan kekhawatiran yang cukup besar, karena berhubungan dengan penyakit baru yang berbahaya. Dulu, ada banyak lompatan dan itu sering terjadi. Jadi, apa masa depan yang menanti kita - sama, tetapi dalam jumlah besar?
Tidak perlu. “Statistik transisi antarspesies dari masa lalu tidak selalu memprediksi masa depan secara akurat, terutama jika menyangkut manusia,” kata Pennings. Gaya hidup kita saat ini juga berbeda dengan cara orang hidup hanya beberapa abad yang lalu, dan oleh karena itu risiko tertular penyakit baru tampaknya berbeda bagi kita.
Seseorang juga merupakan pembawa sejumlah besar virus. Populasi kami terlalu besar, dan kami sangat mobile, yang berarti kami dengan mudah dan mudah menularkan virus ke host baru yang rentan. “Kami melakukan banyak hal yang meningkatkan kemungkinan penularan virus. Kami suka menyodok hidung kami di tempat-tempat yang tidak seharusnya kami kunjungi, kami terlalu sering mengambil risiko, kami makan apa yang tidak boleh kami makan,”kata Vandewood. “Kita mungkin adalah pelanggar aturan yang paling buruk, dan karena itu paling sering kita menjadi objek lompatan antarspesies - hanya karena kita terkadang melakukan tindakan gila.”
Tindakan gila tersebut sering kali berujung pada tabrakan dengan spesies lain. Semakin sering kita melakukan ini, semakin kita terpapar virus baru. Spesies yang paling sering kita temui akan membahayakan kita. “Kami lebih mungkin tertular sesuatu dari tikus daripada dari harimau,” kata Pennings.
Namun, penelitian lebih lanjut tentang sejarah evolusi virus akan membantu para ilmuwan memahami jika ada spesies yang harus lebih kita perhatikan sebagai sumber infeksi baru. (Ahli epidemiologi sudah memantau dengan cermat virus yang ditularkan dari unggas ke manusia, karena mereka takut flu burung.) Virus dari tumbuhan, ikan, dan mamalia mungkin sama berbahayanya bagi manusia. Ada kemungkinan yang sama bahwa dalam penelitian untuk memprediksi epidemi berikutnya, para ilmuwan akan mempersempit fokus mereka ke beberapa kelompok berisiko tinggi.
Holmes memiliki sudut pandang yang berbeda. “Saya tidak berpikir bahwa perkiraan dalam kasus ini bisa efektif,” katanya. “Saya mengerti mengapa hal ini dilakukan, tetapi jumlah virus baru yang kami deteksi sangat besar, dan oleh karena itu perkiraan dalam kasus ini tidak sesuai.”
Untungnya, analisis semacam ini menjadi lebih mudah dengan munculnya dan perkembangan metagenomik, demikian sebutan cabang genomik, yang mempelajari bukan genom organisme individu, tetapi totalitas informasi genomik yang diperoleh dari lingkungan. Sebagai bagian dari penelitian tersebut, Holmes dan rekannya memilih urutan genom dari berbagai database yang tersedia. Mereka tidak memerlukan sampel fisik virus, dan ini sendiri merupakan inovasi di bidang penelitian. "Virologi sedang bergerak ke tahap baru di mana metagenomik dapat digunakan untuk mengambil sampel secara besar-besaran untuk melihat apa yang ada di sana," kata Holmes.
Dia juga mencatat bahwa informasi baru tentang virus lebih banyak tersedia saat ini, dan oleh karena itu skema filogenetik yang dibuat olehnya dan rekan-rekannya dalam waktu dekat akan mengalami perubahan besar. "Dalam tiga tahun, skema ini akan jauh lebih lengkap, karena kita akan menemukan begitu banyak sampel baru dari virus ini," janji Holmes.
Mallory Locklear
