RaTG13: SARS-CoV-2'nin Yakın Akrabası Ne Kadar Tehlikeli?

Bat-CoV/RaTG13 (veya eski ismiyle Ra4991) Rhinolophus affinis cinsi yarasaları enfekte eden SARS benzeri bir betakoronavirüstür.^[1] 2013 yılında Çin, Yunnan Mojiang ilçesinde yer alan terk edilmiş eski bir madendeki yarasa pisliğinde keşfedilmiştir.^{[1], [2]} COVID-19 pandemisi patlak verdikten sonra başlatılan araştırmalara konu edilen RaTG13, Şubat 2020'de %96,1 nükleotid benzerliği ile SARS-CoV-2'nin en yakın akrabası ilan edilmiştir.^[3] 2022'de Laos/Feuang'da keşfedilen Banal-52'nin, %96.8 nükleotid benzerliği göstermesiyle RaTG13, bu unvanını kaybetmiştir.

Keşif Tarihi

2012'nin bahar aylarında Mojiang ilçesinde maden temizleyen üç işçi ölümcül pnömoni geliştirdi. Pnömoni, ilaçlara cevap vermeyince, yeni bir hastalık olması endişesiyle hastalardan alınan örnekler Wuhan Viroloji Enstitüsü'ne gönderildi. Örnekler üzerinde Ebola, Nipah ve SARSr-Cov Rp3 testleri yapıldı, COVID-19 salgını ortaya çıkınca örnekler üzerinde SARS-CoV-2 testi de yapıldı, negatif sonuç alındı.

Hastalığın olası patojenini araştırmak üzere 2012 ve 2015 yıllarındaki araştırmalarda maden ocağı ve yakınlarında yaşayan yarasa, kemirgen ve sıçanlardan örnekler alındı. 284 adet alfakoronavirüs, 9 adet betakoronavirüs izole edildi. Rhinolophus affinis yarasalarının dışkılarında görevlilerden izole edilen virüsün bir şusu bulundu ve ilk olarak Bat-CoV/Ra4991 olarak isimlendirildi. COVID-19 pandemisinden sonra, enfekte ettiği canlının Latince başharfleri (Rhinolophus affinis), keşfedildiği yerin bazı harfleri (Tongguan) ve keşfedildiği yıl (2013) ile kodlanmış şekilde virüsün ismi değiştirildi: Bat-CoV/RaTG13.

Yapı ve Viroloji

RaTG13, pozitif polariteli tek sarmallı RNA virüsüdür. Yapısal proteinlerin sabitlendiği lipit yapılı çift katmanlı viral bir zara sahiptir. Yaklaşık 29.800 nükleotid uzunluğundaki genom bir replikaz proteini, 4 yapısal protein ve 5 viral yardımcı proteini kodlar. Her koronavirüste olduğu gibi 3 tip proteine sahiptir: yapısal, yapısal olmayan ve yardımcı proteinler.^[4]

Yapısal Proteinlerinin Yapısı

RaTG13; Membran, Spike, Nükleokapsid ve Zarf olmak üzere dört yapısal proteine sahiptir:

• ORF5 geni tarafından kodlanan Membran proteinleri viral replikasyon için gerekli olup, virüse yuvarlak şeklini verir. Genomda en çok bulunan proteindir ve yaklaşık 230 amino asit uzunluğundadır.^[5]
• ORF4 geni tarafından kodlanan zarf proteinleri lipit tabakaya gömülü halde bulunup virüs içi madde dolaşımı, viron oluşumu, tomurcuklanma gibi olaylarda rol üstlenir ve 110 amino asit uzunluğundadır.^[6]
• ORF9 geni tarafından kodlanan Nükleokapsid proteinleri en çok gen ekspresyonuna uğrar ve ribonükleoprotein yapıları oluşturmak için RNA'ya bağlanır, ortalama 220 amino asit uzunluğundadır.^[7]
• ORF2 geni tarafından kodlanan Spike proteinleri ACE2 reseptörlerine bağlanarak virüs ile konak hücre arasındaki etkileşimi kurup, enfeksiyonu gerçekleştirir.^{[9], [8]}

Nature

Enfeksiyon Mekanizması

SARS benzeri koronavirüslerin ACE (anjiyotensin dönüştürücü enzim) 2'yi kullandığı kabul edilse de bazı araştırmalar RaTG13 için ACE2'nin enfeksiyon için işlevsel olamayabileceğini gösterir.^{[10], [11]} RaTG13'ün yarasalar dışında etkin enfeksiyon yaratacak kadar duyarlı olduğu başka bir canlı yoktur. İnsan hücrelerinde bulunan ve hACE2 olarak adlandırılan ACE2 enzimlerine SARS-CoV-2'ye nazaran çok az duyarlıdır, ancak ekstrem durumlarda (2012'deki işçiler) insan hücrelerini enfekte edebilir.^[11]

Spike (Mızrak/Yüzey/Başak) proteinleri koronavirüslerde etkili bir enfeksiyon için başroldedir. Ortalama bir koronavirüste 74 adet bulunur ve trimer uzantıları virüsün taç görünümünde olmasını sağlar. Bu protein, evrimsel süreçte iyi korunmuş olan S1 ve S2 olmak üzere iki bölgeden oluşur. S1 bölgesi viral enfeksiyonun ilk aşamalarında, konak hücre yüzeyindeki reseptörlerle etkileşime girer. Bu bölge reseptör bağlanma alanı (RBD) olarak kabul edilir. S2 bölgesi viral zarf ile konak hücre arasındaki zar füzyonundan sorumludur ve viral genomun hücre içine girmesini sağlar.^[9]

Genetik

Yaklaşık 29.800 nükleotide sahip RaTG13 genomu, 5' bölgesinde 5'UTR olarak adlandırılan çevrilmemiş bölgeye ve 3' bölgesinde 3'UTR olarak adlandırılan çevrilmemiş bölgeye sahiptir.^[2]

5'UTR viral replikasyon, transkripsiyon ve virüs içi madde dolaşımından sorumludur.^[26] Evrimsel süreçte korunmuş RNA ikincil yapısına sahiptir ve ilk 150-200 nükleotid yüksek düzeyde yapılandırılmış olup üç korunmuş gövde halkasına sahiptir (SL1, SL2, SL4). SARS-CoV-2 ve RaTG13 genomunda SL1, SL2, SL3 ve SL4 şeklinde ek bir SL3 köküyle beraber 4 halkadan oluştuğu tahmin edilmektedir.^[27] pp1a poliproteinini sentezleyen ORF'leri içeren daha büyük bir yapı, SL5 de mevcuttur.^[28]

3'UTR de viral replikasyon gibi önemli virolojik aktivitelerden sorumludur. SARS benzeri koronavirüsleri 3'UTR'si ortalama 300-500 nükleotid kadardır ve iyi korunmuş RNA ikincil yapısına sahiptir.^{[29], [30]}

ORF Genleri

ORF1ab (bazen ORF1a/b) tüm koronavirüslerde ortak olarak bulunur ve SARS benzeri virüslerin genomlarındaki iki ayrı ORF'yi (ORF1a ve ORF1b) ifade eder. Replikaz geni olarak bilinen ORF1ab, pp1a ve pp1b isimli yapısal olmayan poliproteinleri kodlar.^{[12], [13]} Diğer ORF genleri şöyle sıralanabilir:

• ORF3a, SARS benzeri koronavirüslerde bulunan bir gendir. Kesin olmamakla beraber viroporin oluşumnda görev alan, 275 amino asit uzunluğundaki bir yardımcı proteini kodladığı düşünülmektedir.^[14]
• ORF3b de sadece SARS benzeri virüslerde bulunur ve kısa bir yapısal olmayan proteini kodlar.^[15]
• ORF3c de ilk kez SARS-CoV-2 ile keşfedilmiştir ancak daha sonra RaTG13 ve diğer SARSr-CoV'larda da keşfedilmiştir. İşlevi bilnmeyen 41 amino asit uzunluğundaki bir yapısal olmayan proteini kodlar.^[16]
• ORF3d ise tüm SARS benzeri koronavirüslerden ziyade sadece SARS-CoV-2 ve RaTG13 ile ilişkili koronavirüslerde bulunan bir gendir, 57 kodon uzunluğunda olup 57 amino asit uzunluğunda işlevi bilinmeyen bir yapısal olmayan proteini kodlar.^[17]
• ORF6, SARS ile ilişkili virüslerde, virüsten virüse değişmekle birlikte, ortalama 60 amino asit uzunluğundaki bir yardımcı proteini kodlar.^[18]
• ORF7a, RaTG13 ve SARS-CoV-2'de işlevi kesin olmamakla beraber immünomodülasyon ve interferon antagonizması olduğu düşünülen transmembran proteinlerini kodlamaktadır.^[19] ORF7a ile örtüşen ORF7b de işlevi bilinmeyen bir yardımcı proteini kodlayan bir gendir.^[18]
• Yapı olarak ORF7a'ya benzeyen ORF8, NS8 isimli viral yardımcı proteini kodlar, bu protein SARS-CoV-2 ve RaTG13'te konakçı hücrenin savunma sistemiyle etkileşime geçen, işlevi ve mekanizması tam bilinmeyen immünoglobulin alanına sahip bir proteindir.^[20]
• Daha önceden ORF13 olarak bilinen ORF9b, SARS benzeri koronavirüslerde ortalama 90-100 amino asit uzunluğunda viral düzenleyici ve yardımcı bir proteini kodlayan gendir.
• ORF9b Nükleokapsid proteinini kodlayan ORF9 proteini ile örtüşen bir gendir.^[23]
• ORF9c (eski adıyla ORF14) SARS-CoV-2 ve RaTG13'te ortalama 70-73 kodon uzunluğunda bir gendir. Biyoinformatik veriler ORF9c'nin işlevsel bir proteini kodlayan bir gen olmayabileceğini gösterir.^[18]
• ORF10, 38 kodon uzunluğunda bir gendir ve kesin olmamakla beraber korunmamış yardımcı bir proteini kodlar. ORF9c'de olduğu gibi biyoinformatik veriler ORF10'un viral düzenleyici-yardımcı bir proteini kodlayan bir gen olmayabileceğini gösterir.^{[24], [25]}

Genom Karşılaştırması

RaTG13 ve SARS-CoV-2 arasındaki genetik benzerlik, nükleotid ve amino asit açısından oranı aşağıdaki tablodaki şekildedir.^[31]

Evrim, Taksonomi ve Filogenetik

Taksonomik açıdan RaTG13, bilimsel olarak Orthocoronavirinae olarak isimlendirilen Koronavirüs ailesinin Betacoronavirus alt familyasının bir parçası olan Sarbecovirus sınıfına mensuptur ve SARS-CoV-2 ile ilişkili virüslerin kladına aittir.^[32]

Evrim

SARS-CoV-2 ile RaTG13 arasında ata-torun ilişkisi yoktur (yani biri diğerinden doğrudan evrimleşmemiştir). İki virüsün de evrimi henüz net değildir; ancak SARS benzeri koronavirüslerin belirgin bir özelliği, enfekte ettikleri konakçı canlılarda yer alan diğer koronavirüslerle genetik rekombinasyon eğilimi göstermektir. Betakoronavirüslerin geri kalanından çok erken bir dönemde ayrılıp evrimleşen SARSr-CoV'ların evrimi kendine özgü olmuştur. Bu evrim basamakları tahmin edilebilir olsa da RaTG13 ve SARS-CoV-2 için net değildir. İki virüsün ortak atasının ne zaman evrimleştiği ve SARS-CoV-2'nin ara konağı gibi sorulara cevap aranmaktadır. Bir ölçüm yöntemi iki virüsün ortak atalarından sapmasını 18 ila 71,4 yıl arasında değişebileceğini öngörmektedir ve bu öngörüye göre RaTG13'e SARS-CoV-2'den daha çok benzeyen ve daha erken bir dönemde ortak atadan ayrılmış başka SARSr-CoV'ların varlığı da tahmin edilmektedir.^[33]