കൊറോണ വൈറസ് : ജനിതകശ്രേണി നിർണയവും വംശാവലികളും

ബാനി ജോളി , വിനോദ് സ്കറിയ 

COVID-19 പകർച്ചവ്യാധിയെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണങ്ങൾ കൊറോണ വൈറസുകളുടെ ആവിർഭാവത്തെയും പരിണാമത്തെയും കുറിച്ച് ധാരാളം ഉൾക്കാഴ്ചകൾ നൽകിയിട്ടുണ്ട്. ജനിതകശാസ്ത്രത്തിലെ പുരോഗതിയും അഭൂതപൂർവമായ തോതിൽ രോഗകാരികളെ മനസിലാക്കുന്നതിനുള്ള പ്രയോഗവുമാണ് ഇത് പ്രധാനമായും സാധ്യമാക്കിയത്. ഡിഎൻ‌എ അല്ലെങ്കിൽ ആർ‌എൻ‌എ തന്മാത്രകളാണ് ജീവജാലങ്ങളുടെ ജനിതക അടിസ്ഥാനം. ഈ ജനിതക ശ്രേണിയിൽ (Genome) ചെറിയ വ്യത്യാസങ്ങൾ (അല്ലെങ്കിൽ മ്യൂട്ടേഷനുകൾ) ശേഖരിക്കുന്നതിലൂടെയാണ് ജീവികൾ പരിണമിക്കുന്നത് . ജനിതക ശ്രേണി നിർണയം (Genome Sequencing ) വഴി അത് സാധ്യമാക്കുന്നതൊടൊപ്പം , ശ്രേണിയിലെ വ്യത്യാസങ്ങൾ അനാവരണം ചെയ്യുവാനും കഴിയും.

COVID-19 നു കാരണമായ SARS-CoV-2 വൈറസിനു മുപ്പതിനായിരത്തോളം ന്യൂക്ലിയോടൈഡുകളുടെ (Nucleotides) ഒരു ആർ‌എൻ‌എ (RNA) ജനിതക ശ്രേണിയാണുള്ളത്. കൊറോണ വൈറസ് കുടുംബത്തിൽ പെട്ട ഈ വൈറസിന്റെ ജനിതക ശ്രേണിനിർണയം ചൈനയിലെ ഗവേഷകരാണ് നടത്തിയത്. പ്രമുഖ അന്താരാഷ്ട്ര ജേർണൽ ആയ നേച്ചർ (Nature) ആണ് അതു പ്രസിദ്ധപ്പെടുത്തിയത്. Wuhan Hu-1 എന്ന ഈ ജനിതക ശ്രേണിയാണ് ലോകമെമ്പാടുമുള്ള ഗവേഷകർ റഫറൻസ് ആയി ഉപയോഗിക്കുന്നത്. തുടർന്നുള്ള മാസങ്ങളിൽ ലോകമെമ്പാടുമുള്ള ഗവേഷകർ SARS-CoV-2 വൈറസിന്റെ ജനിതക ശ്രേണികൾ GISAID എന്ന പൊതുസഞ്ചയത്തിൽ പങ്കിട്ടുവരുന്നു. ലോകമെമ്പാടുമുള്ള ഓപ്പൺ ഡാറ്റ (OpenData) പ്രസ്ഥാനങ്ങളുടെ മികച്ച ഉദാഹരണങ്ങളിൽ ഒന്നാണിത്. ഇന്ന് എൺപതിനായിരത്തിലധികം ജനിതക ശ്രേണികൾ പൊതുസഞ്ചയത്തിൽ ഇപ്പോൾ ലഭ്യമാണ്. കൗൺസിൽ ഫോർ സയന്റിഫിക് ആൻഡ് ഇൻഡസ്ട്രിയൽ റിസർച്ച് (സി.എസ്.ഐ.ആർ), ബയോടെക്നോളജി വകുപ്പ് എന്നിവയുടെ പ്രത്യേക സംരംഭങ്ങളിലൂടെയാണിത് സാധ്യമായത്. ഇന്ത്യയിൽ നിന്നുള്ള ആദ്യ ജീനോമുകൾ കേരളത്തിൽ നിന്നുള്ളവയായിരുന്നു എന്നത് ശ്രദ്ധാർഹമാണ്. പുണെയിലെ നാഷണൽ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് വൈറോളജിയാണ് ഇവയുടെ ജനിതക ശ്രേണി നിർണയം നടത്തിയത്.

ജനിതക ശ്രേണികൾ താരതമ്യം ചെയ്യുന്നതു SARS-CoV-2 വൈറസിന്റെ വകഭേദങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള ബന്ധങ്ങൾ നിർണ്ണയിക്കാൻ സഹായകരമാണ്‌. ഈ ബന്ധങ്ങളെ ഒരു വംശാവലി വൃക്ഷം (Phylogenetic tree) ആയി പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. ഇത്തരത്തിൽ വംശാവലി വൈറസിന്റെ ചരിത്രത്തെയും പരിണാമത്തെയും പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. SARS-CoV-2 ജനിതക ശ്രേണികൾ ഉപയോഗിച്ചുള്ള പഠനം വൈറസിന്റെ വൈവിധ്യം തിരിച്ചറിയുന്നതിനും ലോകമെമ്പാടും വൈറസ് എങ്ങനെയാണ് സഞ്ചരിച്ചു രോഗവ്യാപനം നടത്തുന്നതെന്നും കണ്ടെത്താൻ സഹായകരമാണ്.

സംഭാഷണ ചർച്ചകളിൽ പരാമർശിക്കുന്ന വ്യത്യസ്ത സ്ട്രെയിനുകൾ (strain) യഥാർത്ഥത്തിൽ SARS-CoV-2 വൈറസിന്റെ ഒരേ ഇനത്തിന്റെ വ്യത്യസ്ത വംശങ്ങൾ (lineage) ആണ്. വൈറസിനെ ഒരു പുതിയ ഇനമായി (സ്‌ട്രെയിൻ) പരിവർത്തനം ചെയ്യാൻ പര്യാപ്‌തമല്ലാത്ത ജനിതക വ്യതിയാനങ്ങളെ സൂചിപ്പിക്കാൻ വംശാവലി അല്ലെങ്കിൽ ക്ലെയ്‌ഡ് (clade) എന്ന പദം ഉപയോഗിക്കുന്നു. ജനിതക ശ്രേണികൾ തമ്മിൽ പങ്കുവെക്കുന്ന ജനിതക വ്യതിയാനങ്ങളെ  അടിസ്ഥാനമാക്കി വ്യത്യസ്ത വംശപരമ്പരകളായി (lineage/clade) തരംതിരിക്കാൻ കഴിയും. ലോകത്തെമ്പാടുംനിന്നുള്ള ജനിതകശ്രേണികൾ പത്തു പ്രധാന വംശപരമ്പരകളായി നാമകരണം ചെയ്തിരിക്കുന്നു. ഫ്രെഡ് ഹച്ച് ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ടിൽ ട്രെവർ ബെഡ്ഫോർഡ് പരിപാലിക്കുന്ന നെക്സ്റ്റ്സ്ട്രെയിൻ (nextstrain.org) വംശാവലികളുടെ വർഗ്ഗീകരണം നടത്തുന്ന ഒരു  പ്രധാന സഞ്ചയമാണ്.

ഇന്ത്യയിൽ നിന്നുള്ള SARS-CoV-2 ജനിതകശ്രേണികളുടെ വിശകലനത്തിൽ ഏഴു പ്രധാന വംശാവലികൾ കാണുവാൻ സാധിക്കും. ഇവയിൽ ആറു വംശാവലികൾ ലോകത്തെമ്പാടും പ്രബലമായി കാണപ്പെടുന്ന പത്തു വംശാവലികളിൽ ഉൾപെടുന്നവയാണ്. A1a, A2a, A3, B, B1 B4 എന്നിവയയാണ് ഈ വംശാവലികൾ.  ഇവയ്ക്കു പുറമെ ഒരു വ്യതിരിക്തമായ വംശാവലി കൂടെ കാണപ്പട്ടു. ഈ വംശാവലിയെ  A3i എന്നാണ്  നാമകരണം ചെയ്യപ്പെട്ടത്. A3  വംശാവലിയിൽനിന്നും പിരിഞ്ഞതിനാല്‍ A3,ഇന്ത്യയിൽ പ്രധാനമായും കാണപെടുന്നതുകൊണ്ടു I. ഇന്ത്യയിൽകൂടാതെ തെക്ക് കിഴക്ക് ഏഷ്യയിലും ഗൾഫ് രാജ്യങ്ങളിലും ഈ വംശാവലികളുടെ ജനിതകശ്രേണി കാണപ്പെട്ടുവെങ്കിലും ഇത്രമേൽ വ്യതിരിക്തതയും വലിയ സംഖ്യയും കണ്ടിരുന്നില്ല. ഇന്ത്യയിൽനിന്നുമുള്ള ഇരുപത് ശതമാനത്തിലധികം ജനിതകശ്രേണികളും ഈ വംശാവലിയിൽ പെടുന്നു. ദില്ലി, തമിഴ്‌നാട്, തെലങ്കാന സംസ്ഥാനങ്ങളിൽ ഈ വംശാവലി കൂടുതലായി കാണപ്പെട്ടുവരുന്നു. സി‌എസ്‌ഐ‌ആർ-ഐ‌ജി‌ഐ‌ബിയിലെ ഓൺലൈൻ സഞ്ചയമായ ഫൈലോവിസ് ആണ് ഇന്ത്യൻ വൈറസുകളുടെ  വംശാവലികൾ വിശകലനം ചെയ്യുന്നത്..ഈ സഞ്ചയം http://bit.ly/c19phylovis ൽ ലഭ്യമാണ്.

A2a വംശമാണ് ആഗോളതലത്തിൽ ഏറ്റവും പ്രധാനം. ചൈനയിൽ നിന്ന് വന്ന വൈറസിലെ ജനിതക വ്യതിയാനങ്ങളിലൂടെയാണ് ഈ വംശം യൂറോപ്പിൽ ഉത്ഭവിച്ചത്. ഇന്ത്യയിലും, A2a ഏറ്റവും പ്രബല വംശാവലിയാണ്. ഇന്ത്യയിൽനിന്നുള്ള ഏകദേശം 70% ജനിതക ശ്രേണികളും ഈ വംശാവലിയിൽപെട്ടതാണ്. SARS-CoV-2 വൈറസിന്റെ സ്പൈക്ക് (Spike)  പ്രോട്ടീനിലെ D614G എന്ന ജനിതക വ്യതിയാനമാണ് ഈ വംശത്തെ നിർവചിച്ചിരിക്കുന്നത്. ഈ വ്യതിയാനം വൈറസിന്റെ പകർച്ചശേഷി വർദ്ധിപ്പിക്കുമെന്ന് ഗവേഷകർ തെളിയിച്ചിട്ടുണ്ട്.

SARS-CoV-2 വൈറസ് ലോകമെമ്പാടും സഞ്ചരിച്ച് ഇന്ത്യ ഉൾപ്പെടെ വിവിധ രാജ്യങ്ങളിൽ എവിടെനിന്നും വന്നുവെന്നും എങ്ങനെ വ്യാപിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നുവെന്നും നിർണ്ണയിക്കാൻ വംശാവലികളുടെ (ഫൈലോജെനെറ്റിക്) വിശകലനം വളരെ സഹായകരമാണ് . ഈ ശാസ്ത്രശാഖയ്ക്കു ജനറ്റിക് എപിഡെമിയോളജി (genetic epidemiology) എന്ന് വിളിക്കുന്നു . ഒരാളിൽനിന്നു മറ്റൊരാളിലേക്ക് പകരുന്ന സമയത്തിനുള്ളിൽ വൈറസിലുണ്ടാവുന്ന ജനിതക വ്യതിയാനങ്ങൾ ഉപയോഗപ്പെടുത്തി അവയുടെ ജനിതക വംശാവലി കണ്ടെത്താനാകുമെന്ന ആശയത്തെയാണ് ഗവേഷകർ  അടിസ്ഥാനമാക്കിയിട്ടുള്ളത് .

ഇന്ത്യയിലെ ആദ്യ SARS-CoV-2 ജനിതകശ്രേണികൾ കേരളത്തിൽ  നിന്നുള്ളതാണെങ്കിലും പിന്നീടങ്ങോട്ട് കേരളത്തിൽ നിന്ന് ജനിതകശ്രേണികൾ ലഭ്യമാകാത്തതു നിർഭാഗ്യകരമാണ്. ലോകത്തിന്റെ വിവിധ ഭാഗങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള ആളുകളുടെ പ്രവാഹമുള്ള കേരളം പോലുള്ള സ്ഥലങ്ങളിൽ ജനിതക വംശാവലി നിർണയം SARS-CoV-2 വൈറസിന്റെ ഉത്ഭവം, വ്യാപനം, ചലനാത്മകത എന്നിവ നിർണയിക്കുന്നതിൽ പ്രധാന പങ്കു വഹിക്കുമെന്നതു എടുത്തുപറയേണ്ടതില്ലല്ലോ. ഇത്തരം പഠനങ്ങൾ നടത്തുവാൻ കോഴിക്കോട് മെഡിക്കൽ കോളേജിലെയും കൌൺസിൽ ഫോർ സയന്റിഫിക് ആൻഡ് ഇൻഡസ്ട്രിയൽ റിസർച്ച് (സി.എസ്.ഐ.ആറി) ലേയും ഗവേഷകർ ഒത്തൊരുമിച്ചു പ്രവർത്തിക്കുന്നുവെന്നത് ആശാവഹമാണ് .

ജനിതകശ്രേണി നിർണയം ഉപയോഗപ്പെടുത്തി SARS-CoV-2 വൈറസിനെ വേഗത്തിലും കാര്യക്ഷമമായും കണ്ടെത്തുന്നതിനുപകരിക്കുന്ന COVIDseq പോലുള്ള പുതിയ സാങ്കേതികവിദ്യകൾ പരീക്ഷിച്ചു കൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്. ഇത്തരം സാങ്കേതികവിദ്യകൾക്ക് വൈറസിന്റെ വംശാവലി നിർണയം നടുത്തുവാനും സാധിക്കുമെന്ന മെച്ചവുമുണ്ട്.


ബാനി ജോളി , വിനോദ് സ്കറിയ – സി‌എസ്‌ഐ‌ആർ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ജീനോമിക്സ് ആൻഡ് ഇന്റഗ്രേറ്റീവ് ബയോളജിയിലെ (CSIR-IGIB) ഗവേഷകരാണ് ലേഖകർ 

അധികവായനയ്ക്ക്

  1. How to interpret phylogenetic trees
  2. Sarah Elizabeth Richards, How coronavirus mutations can track its spread—and disprove conspiracies
  3. Grubaugh, N.D., Ladner, J.T., Lemey, P. et al. Tracking virus outbreaks in the twenty-first century. Nat Microbiol 4, 10–19 (2019). 
  4. Kai Kupferschmidt, Mutations can reveal how the coronavirus moves—but they’re easy to overinterpret
  5. Peter Forster, Lucy Forster, Colin Renfrew, Michael Forster, Phylogenetic network analysis of SARS-CoV-2 genomes, Proceedings of the National Academy of Sciences Apr 2020, 117 (17) 9241-9243; DOI: 10.1073/pnas.2004999117
  6. Sofia Banu, Bani Jolly, Payel Mukherjee, Priya Singh, Shagufta Khan, Lamuk Zaveri, Sakshi Shambhavi, Namami Gaur, Rakesh K Mishra, Vinod Scaria, Divya Tej Sowpati, A distinct phylogenetic cluster of Indian SARS-CoV-2 isolates, bioRxiv 2020.05.31.126136; doi: https://doi.org/10.1101/2020.05.31.126136

Leave a Reply