SARS-CoV-2 udvikler sig efter at være hoppet fra mennesker til zoodyr

SARS-CoV-2 udvikler sig efter at være hoppet fra mennesker til zoodyr

En detaljeret genomisk undersøgelse af et udbrud i Denver Zoo viser, hvordan SARS-CoV-2 hurtigt kan diversificere og tilpasse sig efter krydsning af arter, hvilket giver et sjældent glimt fra den virkelige verden ind i virusudviklingen ud over mennesker.

Undersøgelse: Spredning, diversificering og tilpasning af SARS-CoV-2-populationen i værten hos zootigre, løver og hyæner. Billedkredit: Wirestock Creators/Shutterstock.com

En ny undersøgelse offentliggjort iNaturkommunikationviser den hurtige udvikling og tilpasning af alvorligt akut respiratorisk syndrom coronavirus 2 (SARS-CoV-2) hos zootigre, løver og hyæner, der er i daglig kontakt med mennesker.

Hvordan dyreinfektioner påvirker udviklingen og risikoen for SARS-CoV-2

Den hurtige udvikling af SARS-CoV-2 og fremkomsten af ​​nye varianter har markant formet offentlighedens bevidsthed om infektionssygdomme siden begyndelsen af ​​2019 coronavirus-pandemien (COVID-19).

Ud over mennesker inficerer SARS-CoV-2 en række husdyr og vilde dyr, og dokumenterede tilfælde viser, at virussen i sjældne tilfælde kan overføres fra en dyrevært tilbage til mennesker. Imidlertid er faktorerne, der driver udviklingen og transmissionsdynamikken af ​​SARS-CoV-2 i dyr, såvel som oprindelsen af ​​nye virusvarianter, der inficerer både mennesker og dyr, stort set ukendte.

Udvælgelsen af ​​gavnlige mutationer, der øger viral fitness, er den afgørende faktor for viral udvikling inden for værtsarten. Viruspopulationer kan stå over for et unikt og kraftigt selektionspres efter overførsel fra en værtsart til en anden. Disse afsmitningshændelser kan fremskynde fremkomsten af ​​virale varianter ved at udvælge genetiske mutationer, der forbedrer virussens kondition i den nye vært.

For at studere virkningerne af værtsskift på virusudviklingen, studerede forskere fra Colorado State University og deres samarbejdspartnere ved Denver Zoo Conservation Alliance, USA, udviklingen og værtsspecifik tilpasning af SARS-CoV-2 i tigre, afrikanske løver og plettede hyæner under et udbrud i Denver Zoo i 2021.

Genomisk sporing afslører hurtig tilpasning efter zoo-spillover

Forskerne indsamlede næsepodningsprøver fra to tigre, 11 løver og tre hyæner, isolerede viralt RNA fra prøverne og udførte næste generations sekventering (NGS) for at identificere SARS-CoV-2-afstamningen, intra-værtsvariation og genomiske selektionssignaturer.

Resultater indikerede, at Denver Zoo-udbruddet sandsynligvis blev udløst af en enkelt afsmitning af en sjælden delta-sublineage, mest i overensstemmelse med overførsel fra mennesker (holdere) til tigre og derefter videre til løver og hyæner.

Hurtig spredning og diversificering af viruspopulationer er blevet observeret på tværs af dyreværter. Forskerne opdagede også genomiske signaturer af både negativ selektion (fjernelse af skadelige mutationer) og positiv selektion (selektion af gavnlige mutationer) i hele virusgenomet, samt fire mulige artsspecifikke adaptive mutationer i løver og hyæner.

Selvom der ikke er påvist nogen bekymringsfulde SARS-CoV-2-varianter i inficerede dyr, er unikke stærke signaturer af positiv selektion blevet påvist i nukleocapsid-genet og prøver fra hyæner, hvilket illustrerer de kombinerede virkninger af mutation og selektion efter virustransmission på tværs af arter.

Undersøgelsen opdagede fire artsspecifikke mutationer, herunder A254V i nukleocapsid-genet i løver og hyæner, samt E1724D i den åbne læseramme 1-alpha, T274I i spike-proteingenet og P326L i nucleocapsid-genet i hyæner. Disse mutationer er sjældent blevet påvist hos mennesker og er ikke forbundet med en specifik variant afstamning.

Specifikt viste undersøgelsen, at mens Denver Zoo-udbruddet fandt sted under et af toppene af COVID-19-pandemien, var den sjældne Delta-slægt, der forårsagede udbruddet, forbundet med mindre end 1% af menneskelige infektioner i Colorado på det tidspunkt.

Sjældenheden af ​​denne afstamning hos mennesker understøtter også ideen om, at zoo-udbruddet blev udløst af en enkelt afsmittende hændelse, højst sandsynligt fra et inficeret menneske. Muligheden for multipel uafhængig overførsel fra mennesker til dyr eller virusoverførsel mellem peridomastiske dyr i zoologisk have forbliver dog.

Undersøgelsen fandt de stærkeste genomiske signaturer af positiv selektion i SARS-CoV-2-nukleocapsid-genet, som koder for det RNA-bindende nukleocapsidprotein, der er ansvarligt for at pakke det virale genom.

Mutationer i dette gen er allerede blevet opdaget i bekymrende SARS-CoV-2-varianter, der inficerer mennesker. Disse mutationer er blevet forbundet med forbedret viral replikationsegnethed i eksperimentelle og epidemiologiske undersøgelser, hvilket tyder på, at ændringer i dette gen kan påvirke virusoverlevelse og overførbarhed i værtsmiljøet.

En anden bemærkelsesværdig mutation opdaget i undersøgelsen var den hyænespecifikke T274I-mutation i spike-genet. Mutationen kunne repræsentere en tilpasning til den hyænespecifikke virale indgangsreceptor. Strukturelle og immunologiske analyser fra humane undersøgelser tyder på, at substitutioner på dette sted også kan bidrage til immunflugt. Den funktionelle konsekvens af denne mutation i hyæner mangler dog at blive bestemt.

Viruspopulationerne opdaget i undersøgelsen viste hurtig ekspansion og diversificering over tid. Det er kendt i litteraturen, at selektionsstyrken stiger, når en viruspopulation spredes.

Zoo-udbruddet giver reel indsigt i virusudviklingen

Samlet set viste viruspopulationerne isoleret fra de inficerede dyr en tilnærmelsesvis ligelig fordeling af både positive og negative selektionssignaturer, med undtagelse af dem, der var isoleret fra hyæner, som viste enestående stærk positiv selektion.

Forskerne sagde, at denne forskel kan være relateret til tidspunktet for prøvetagning, da hyæneprøver blev indsamlet senere i udbruddet og derfor kan være blevet indsamlet senere i løbet af infektionen sammenlignet med prøver fra løver og tigre. Disse resultater fremhæver muligheden for en øget SARS-CoV-2-evolutionshastighed hos hyæner.

Samlet set giver undersøgelsesresultaterne værdifuld indsigt i de mekanismer, der ligger til grund for virusudviklingen i værten efter transmission mellem arter.

Download din PDF-kopi nu!

Kilder: