Setiap kali ada wabah penyakit besar, salah satu pertanyaan pertama yang diajukan para ilmuwan dan publik adalah: “Dari mana asalnya?”

Untuk memprediksi dan mencegah pandemi di masa depan seperti COVID-19, peneliti perlu menemukan asal usul virus yang menyebabkannya. Ini bukan tugas sepele. Itu asal usul HIV tidak jelas sampai 20 tahun setelah menyebar ke seluruh dunia. Para ilmuwan masih belum mengetahui asal usul Ebola, meskipun ada menyebabkan epidemi berkala sejak tahun 1970-an.

Sebagai ahli dalam ekologi virus, saya sering ditanya bagaimana para ilmuwan melacak asal usul virus. Dalam pekerjaan saya, saya telah menemukan banyak virus baru dan beberapa patogen terkenal yang menginfeksi tanaman liar tanpa menyebabkan penyakit apapun. Tumbuhan, hewan atau manusia, metodenya sebagian besar sama. Melacak asal-usul virus melibatkan kombinasi kerja lapangan yang ekstensif, pengujian laboratorium menyeluruh, dan sedikit keberuntungan.

Virus melompat dari inang hewan liar ke manusia

Banyak virus dan agen penyakit lain yang menginfeksi manusia berasal dari hewan. Penyakit-penyakit tersebut adalah zoonosis, artinya mereka disebabkan oleh virus hewan yang melompat ke manusia dan beradaptasi untuk menyebar melalui populasi manusia.

Mungkin tergoda untuk memulai pencarian asal virus dengan menguji hewan yang sakit di lokasi infeksi manusia pertama yang diketahui, tetapi inang liar sering kali tidak menunjukkan gejala apa pun. Virus dan inangnya beradaptasi satu sama lain dari waktu ke waktu, sehingga virus sering kali tidak menyebabkan gejala penyakit yang jelas sampai mereka melompat ke spesies inang baru. Peneliti tidak bisa hanya mencari hewan yang sakit.

Masalah lain adalah bahwa manusia dan hewan makanan mereka tidak diam. Tempat peneliti menemukan orang yang terinfeksi pertama kali belum tentu dekat dengan tempat virus pertama kali muncul. Tantangan dalam penelusuran asal virus adalah banyaknya sampel manusia dan hewan yang perlu dikumpulkan dan diuji. LLuis Alvarez/DigitalVision melalui Getty Images

Dalam kasus COVID-19, kelelawar adalah tempat pertama yang terlihat. Mereka dikenal sebagai inang bagi banyak virus corona dan kemungkinan menjadi sumber penyakit zoonosis lain seperti SARS dan Mers.

Untuk SARS-CoV-2, virus penyebab COVID-19, yang ditemukan oleh para ilmuwan relatif terdekat sejauh ini adalah BatCoV RaTG13. Virus ini merupakan bagian dari kumpulan coronavirus kelelawar yang ditemukan pada tahun 2011 dan 2012 oleh ahli virologi dari Institut Virologi Wuhan. Para ahli virologi mencari virus corona terkait SARS pada kelelawar setelah Pandemi SARS-CoV-1 pada tahun 2003. Mereka mengumpulkan sampel tinja dan usapan tenggorokan dari kelelawar di sebuah situs di Provinsi Yunnan sekitar 932 kilometer dari laboratorium institut di Wuhan, tempat mereka membawa sampel kembali untuk studi lebih lanjut.

Untuk menguji apakah virus corona kelelawar dapat menyebar ke manusia, para peneliti menginfeksi sel ginjal monyet dan sel yang diturunkan dari tumor manusia dengan sampel Yunnan. Mereka menemukan bahwa sejumlah virus dari kumpulan ini dapat bereplikasi di sel manusia, artinya mereka berpotensi ditularkan langsung dari kelelawar ke manusia tanpa inang perantara. Kelelawar dan manusia tidak terlalu sering melakukan kontak langsung, jadi inang perantara masih sangat mungkin.

Menemukan kerabat terdekat

Langkah selanjutnya adalah menentukan seberapa dekat keterkaitan antara virus satwa liar yang dicurigai dengan virus yang menginfeksi manusia. Para ilmuwan melakukan ini dengan mencari tahu urutan genetik virus, yang melibatkan penentuan urutan blok bangunan dasar, atau nukleotida, yang membentuk genom. Semakin banyak nukleotida yang dimiliki oleh dua sekuens genetik, semakin erat hubungannya.

Urutan genetik virus corona kelelawar RaTG13 menunjukkan bahwa itu sudah berakhir 96% identik menjadi SARS-CoV-2. Tingkat kesamaan ini berarti bahwa RaTG13 adalah kerabat yang cukup dekat dengan SARS-CoV-2, membenarkan bahwa SARS-CoV-2 mungkin berasal dari kelelawar, tetapi masih terlalu jauh untuk menjadi nenek moyang langsung. Kemungkinan ada inang lain yang menangkap virus dari kelelawar dan menularkannya ke manusia. Untuk menemukan inang perantara antara kelelawar dan manusia, para peneliti harus membuat jaring besar dan mengambil sampel banyak hewan yang berbeda. Foto AP/Silvia Izquierdo

Karena beberapa kasus COVID-19 paling awal ditemukan pada orang-orang yang terkait dengan pasar satwa liar di Wuhan, muncul spekulasi bahwa hewan liar dari pasar ini adalah inang perantara antara kelelawar dan manusia. Namun, peneliti tidak pernah menemukan virus corona pada hewan dari pasar.

Demikian juga, ketika coronavirus terkait diidentifikasi di trenggiling disita dalam operasi anti-penyelundupan di Cina selatan, banyak yang menyimpulkan bahwa SARS-CoV-2 telah melompat dari kelelawar ke trenggiling ke manusia. Itu virus trenggiling ditemukan hanya 91% identik dengan SARS-CoV-2, sehingga tidak mungkin menjadi nenek moyang langsung dari virus manusia.

Untuk menentukan asal mula SARS-CoV-2, lebih banyak sampel liar perlu dikumpulkan. Ini adalah tugas yang sulit – pengambilan sampel kelelawar memakan waktu dan memerlukan tindakan pencegahan yang ketat terhadap infeksi yang tidak disengaja. Karena coronavirus terkait SARS ditemukan di kelelawar di seluruh Asia, termasuk Thailand dan Jepang, adalah tumpukan jerami yang sangat besar untuk mencari jarum yang sangat kecil.

Membuat pohon keluarga untuk SARS-CoV-2

Untuk memilah teka-teki asal-usul dan pergerakan virus, para ilmuwan tidak hanya harus menemukan bagian yang hilang, tetapi juga mencari tahu bagaimana mereka semua cocok bersama. Ini membutuhkan pengumpulan sampel virus dari infeksi manusia dan membandingkan urutan genetik tersebut satu sama lain dan dengan virus turunan hewan lainnya.

Untuk menentukan bagaimana sampel virus ini terkait satu sama lain, peneliti menggunakan alat komputer untuk membangun pohon keluarga virus, atau filogeni. Para peneliti membandingkan urutan genetik dari setiap sampel virus dan membangun hubungan dengan menyelaraskan dan memeringkat persamaan dan perbedaan genetik.

Nenek moyang langsung virus, berbagi kesamaan genetik terbesar, dapat dianggap sebagai induknya. Varian berbagi urutan induk yang sama tetapi dengan perubahan yang cukup untuk membuat mereka berbeda satu sama lain seperti saudara kandung. Dalam kasus SARS-CoV-2, Varian Afrika Selatan, B.1.351, dan varian Inggris, B.1.1.7, adalah saudara kandung.

Membangun silsilah keluarga diperumit oleh fakta bahwa parameter analisis yang berbeda dapat memberikan hasil yang berbeda: Rangkaian urutan genetik yang sama dapat menghasilkan dua pohon keluarga yang sangat berbeda. Urutan nukleotida dari enam virus fiksi ditampilkan di atas. Di bawah ini adalah dua silsilah keluarga virus ini yang dibuat menggunakan dua program berbeda. Pohon di sebelah kiri hanya menggunakan identitas persen, sedangkan pohon di sebelah kanan juga mempertimbangkan apakah dua urutan memiliki karakter yang sama. Marilyn Roossinck, CC BY-ND

Untuk SARS-CoV-2, analisis filogenetik terbukti sangat sulit. Meskipun puluhan ribu urutan SARS-CoV-2 sekarang tersedia, mereka tidak cukup berbeda satu sama lain untuk membentuk gambaran yang jelas tentang bagaimana mereka berhubungan satu sama lain.

Perdebatan saat ini: Tuan rumah liar atau tumpahan lab?

Mungkinkah SARS-CoV-2 telah dirilis dari laboratorium penelitian? Meskipun bukti terkini menyiratkan bahwa ini bukan masalahnya, 18 ahli virologi terkemuka baru-baru ini menyarankan bahwa pertanyaan ini seharusnya diselidiki lebih lanjut.

Meskipun ada spekulasi tentang SARS-CoV-2 yang direkayasa di laboratorium, kemungkinan ini tampaknya sangat tidak mungkin. Saat membandingkan urutan genetik RaTG13 liar dengan SARS-CoV-2, perbedaan tersebar secara acak di seluruh genom. Dalam virus yang direkayasa, akan ada blok perubahan yang jelas yang mewakili memperkenalkan urutan dari sumber virus yang berbeda.

[Dapatkan cerita sains, kesehatan, dan teknologi terbaik kami. Mendaftarlah untuk buletin sains The Conversation.]

Ada satu urutan unik dalam genom SARS-CoV-2 yang mengkode bagian protein lonjakan yang tampaknya memainkan peran penting dalam menginfeksi manusia. Menariknya, urutan serupa ditemukan pada virus corona MERS yang menyebabkan penyakit yang mirip dengan COVID-19.

Meskipun tidak jelas bagaimana SARS-CoV-2 memperoleh urutan ini, evolusi virus menunjukkan bahwa mereka muncul dari proses alami. Virus mengumpulkan perubahan baik dengan pertukaran genetik dengan virus lain dan inangnya, atau oleh kesalahan acak selama replikasi. Virus yang mendapatkan perubahan genetik yang memberi mereka keuntungan reproduksi biasanya akan terus meneruskannya melalui replikasi. Bahwa MERS dan SARS-CoV-2 memiliki urutan yang sama di bagian genom ini menunjukkan bahwa itu berevolusi secara alami di keduanya dan menyebar karena membantu mereka menginfeksi sel manusia.

Ke mana harus pergi dari sini?

Mencari tahu asal usul SARS-CoV-2 dapat memberi kita petunjuk untuk memahami dan memprediksi pandemi di masa depan, tetapi kita mungkin tidak pernah tahu persis dari mana asalnya. Terlepas dari bagaimana SARS-CoV-2 melompat ke manusia, itu ada di sini sekarang, dan mungkin di sini untuk tinggal. Ke depan, para peneliti perlu terus memantau penyebarannya, dan mendapatkan sebanyak mungkin orang yang divaksinasi.

Tentang Penulis