Virüslerin evrimi sürüyor, hâlâ!

[BAA - Biyolojik Hareket ve Evrim]

Virüslerin canlı bünye dışında çoğalmaları mümkün olmadığı için virüs ve canlı konak etkileşimi oldukça önemli. Bu ilişki hali bizi virüslerin güncel olan evrimine odaklanmaya davet ediyor.

Virüsler ne besin tüketerek ne de güneş ışığından enerji elde edebilirler, dolayısıyla hücresel olarak büyümek veya bölünerek çoğalmak gibi metabolik faaliyetler gerçekleştirmezler. Virüslerin canlı bünye dışında çoğalmaları mümkün olmadığı için virüs ve canlı konak etkileşimi oldukça önemlidir. Bu zorunu ilişki, bizi virüslerin güncel olan evrimine yakından bakmaya davet ediyor.  

Virüslerin yaşam döngüsü, bulaştığı canlının konak hücresinden çevreye yayılması ile başlar. Civarda bulunan diğer hücrelerin yüzey proteinlerine virüsün kendi proteini ile tutunabilme kapasitesi hücreden hücreye girişini mümkün kılar. Sonrasında virüs, genetik materyalini (genom) yeni konak hücrenin içine aktarır. Genetik materyal olarak DNA veya RNA taşıyan virüsler, hücrenin kaynaklarını kullanarak kendi kopyalarını üretir. Baskın bir biçimde hücre kaynakları virüsün parçalarının yapımında kullanılırken hücre kendi doğal işleyişini gerçekleştiremez. Hücre içi virüs ile dolup taştığında da kendi bütünlüğünü koruyamayan hücre patlar ve virüs için döngü yeniden başlar.

Canlı bünyede virüs evrimi

Virüsün kopyalanması sırasında virüsün genetik materyalinde mutasyon oluşabilir. Hayvanlardan farklı olarak, genelde küçük genoma sahip olan virüslerde kopyalanma sırasında mutasyon oranı yüksek olarak gözlenir. Yine de, farklı virüslerin farklı evrimsel değişim hızları vardır; yani mutasyon oluşum hızı birbirinden farklıdır. Bu durum genetik materyalinin RNA veya DNA olmasına göre de değişebilir. DNA'ya kıyasla RNA kopyalanması sırasında daha çok hata olur ve hayvan konaklı virüslerin büyük çoğunluğunun kalıtsal materyali daha hızlı değişen RNA’dır. Mutasyon hızı virüs soyunun bulaştığı hücrelerin yapılarına göre de farklı hızlarda yürüyebilir. Örneğin immün dokuya (bağışıklık sistemi) özgül virüsler daha hızlı evrimsel değişim geçirirler. Sonuçta yeni oluşan genetik varyasyon, evrim mekanizmalarından biri olan doğal seçilimin ham maddesi olarak işlev görebilir.  

Mutasyon hızına bir de kısa nesil süresi içinde çok sayıda yeni virüs oluşması eklenirse varyasyon sayısı çoğalır ve doğal seçilim için zengin bir havuz oluşturur. Artık devreye virüsün dolaştığı ortam koşulları girer; konak dokusu ve konaklar arası varyasyon. Virüsün tutunma proteini ile hücrenin alıcı proteini biçimsel olarak anahtar kilit yapısına benzetilir (Şekil 1). Virüs proteinleri giderek biçimsel olarak daha uygun olanların hücreye tutunmayı başarmasıyla birlikte evrilir. Aynı virüs soyu içindeki varyasyonlar küçüktür, ancak doğal seçilimin işlemesi için bu yeterlidir.  

Bir virüs soyu bir konak türü içinde uzun süredir bulunuyorsa giderek daha fazla konağının sunduğu özgül koşullara adapte olur. Virüste gerçekleşen evrimsel değişim hızı yavaşlar. Bu süreçten sonra evrimsel değişim artık yeni bir dokuya veya yeni bir konak türüne sıçramayla hızlanabilir. Örneğin başlangıçta bir hayvanı konak olarak kullanan virüs soyu insandan insan bulaşmazken, zamanla insandan insana bulaşmaya daha iyi adapte olabilir. Özetle virüsler hem tek bir tür içerisinde konaklar arası gezerken, hem de bir türden diğer türe doğru sıçrarken doğal seçilim baskısına uğrar ve taşıdıkları varyasyonlar sayesinde yeni ortama,  seçile seçile uyarlanırlar.  

Yayılma hızı ve bulaş evrim

Virüs soyları birbirlerinden farklı özelliklere sahiptir. Bazı virüsler diğer virüslerden daha öldürücüyken bazıları daha fazla bulaşıcıdır. Virüslerin bulaşma ve yayılma hızları bu virüs çeşitliliğini evrimsel olarak açıklamak için değerlendirilebilir. Virüslerin (ve diğer patojenlerin) bulaşma mekanizmaları aşağıda açıklandığı gibi beş grupta toplanabilir.

• Damlacık transferi yoluyla: Hapşırık ya da öksürük sonucu saçılan taneciklerin solunmasıyla bulaşma. Örneğin yeni koronavirüs bu şekilde yayılıyor.
• Hava yoluyla: Hastanın nefes vermesiyle hava akımına karışan virüslerin başkası tarafından solunmasıyla bulaşma. Örneğin tüberküloz bu şekilde bulaşır.
• Taşıyıcı bir vektör aracılığıyla: Sıtma hastalığı sivrisinek vektörü aracılığı ile bulaşır.  
• Su kaynakları aracılığıyla:  Örneğin dışkıdan içme suyuna karışarak yeni enfeksiyonlara yol açan kolera bu yolla bulaşır.
• Otur ve bekle: Bazı virüsler yeni bir konağa bulaşmadan senelerce bulaşma özelliğini koruyabilir. Örneğin çiçek virüsü böyledir.

Hücreye tutunma kapasitesine ve bağlandığı dokuya göre virüslerin konağa verdiği hasar değişir. Ancak bir virüs için hastalık yapıcılığı (virülans) kadar tutunma hedefindeki hücreye ulaşma süreci de varlık yokluk konusudur. Bütünde bir virüsün etkinliği, havada veya diğer ortamlarda ne kadar bozunmadan kalabildiğine, konakta yarattığı enfeksiyon şiddetine ve süresine bağlı olarak değişir. Ne kadar uzun süre yayılıp ne kadar çok hücreye tutunursa o kadar çok virüs çoğalması gerçekleşir. Bazen konak bağışıklık sistemi cevabıyla virüsü yener, bazense başarısız olur. Eğer konağın ölümü gerçekleşirse virüsler de ölen vücutla birlikte yok olurlar. Dolayısıyla virüsün hastalık yapıcılığı yükseldikçe, yani hastayı yatağa bağımlı hale getirdikçe yayılma hızı da genellikle düşüşe geçer. Bilim insanları virüs için bulaş kapasitesi ile konaklar arası yayılma konusunda bir evrimsel ödünleşim olduğunu belirtirler.  

Yeni virüsler nereden geliyor?

Virüsler doğa tarihinin bir yerinde bir kere oluşmuş ve bir daha oluşmaz, yenileri ortaya çıkmayacak varlıklar değiller. Günümüzde de yeni virüs soyları oluşuyor. Yakın akraba viral soylar arasındaki genom dizi farklarına bakılarak, soyların evrimsel ilişkisi, hangi soyun hangisinden ve hangi sırayla evrildiği bilgisine ulaşılabilir.  

Örneğin, son salgında dünyanın çeşitli yerlerinde insanlardan toplanan SARS-COV-2 genom analizi yapıldığında elde edilen bulgular, virüsün 2019 yılının sonuna tarihlenen bir ortak atadan çıktığına ve yayıldığına işaret ediyor. Bu tarih öncesinde bu virüs insanlar arasında dolaşımda değilken bir dizi mutasyon ile yarasa ve muhtemelen bir başka ara konaktan, belki pangolinden, insanlara sıçramış olduğuna dair kanıtlar büyüyor. Yani var olan diğer virüslerin evrimi ile daha önce insanda olmayan yeni bir virüs ortaya çıkmış görünüyor.  

Ayrıca, yeni koronavirüs yarasa dışında başka konakların da evrimsel sürece karışmış olabileceğini düşündürüyor. Bu kez genetik materyali ham madde olarak kullanan başka bir evrimsel mekanizmaya bakılabilir. Farklı virüsler aynı canlıya eğer eş zamanlı olarak bulaş gerçekleştirirse virüsler arasında gen alış verişi mümkün hale gelebilir. Bu geçiş ata ile döl arasında değil farklı soylar arasında olduğu için “yatay gen transferi” olarak adlandırılır. Bu yolla, örneğin kuş gribi virüsü ve insan gribi virüsü bir domuzda veya yarasa SARS virüsü ve pangolin SARS virüsü yarasada buluştuklarında birbirlerinden gen kazanmış olabilir. Virüs evrim hızında bu mekanizmanın da rolü büyüktür.

Veriler çoğaldıkça virüsün evrimsel tarihi de netlik kazanacak.  

Kaynaklar

https://evolution.berkeley.edu/evolibrary/news/060101_batsars  

https://evolution.berkeley.edu/evolibrary/news/051115_birdflu

https://evolution.berkeley.edu/evolibrary/news/071201_adenovirus

https://evolution.berkeley.edu/evolibrary/news/141003_ebola  

https://www.microbiologybook.org/mayer/vir-host2000.htm