SARS-CoV-2 kehittyy hyppäämällä ihmisistä eläintarhan eläimiin

SARS-CoV-2 kehittyy hyppäämällä ihmisistä eläintarhan eläimiin

Yksityiskohtainen genomitutkimus Denverin eläintarhassa puhkeamisesta osoittaa, kuinka SARS-CoV-2 voi nopeasti monipuolistaa ja mukautua lajien risteyttämisen jälkeen, mikä tarjoaa harvinaisen reaalimaailman välähdyksen viruksen evoluutioon ihmisten ulkopuolella.

Tutkimus: SARS-CoV-2-populaation leviäminen, monipuolistaminen ja sopeutuminen isännässä eläintarhatiikereissä, leijonissa ja hyeenoissa. Kuvan luotto: Wirestock Creators/Shutterstock.com

Uusi tutkimus julkaistiin vuonnaLuontoviestintäosoittaa vakavan akuutin hengitystieoireyhtymän koronavirus 2:n (SARS-CoV-2) nopean kehittymisen ja sopeutumisen eläintarhatiikereissä, leijonissa ja hyeenoissa, jotka ovat päivittäisessä kosketuksessa ihmisten kanssa.

Kuinka eläininfektiot vaikuttavat SARS-CoV-2:n kehittymiseen ja riskiin

SARS-CoV-2:n nopea kehitys ja uusien muunnelmien ilmaantuminen ovat merkittävästi muokanneet yleistä tietoisuutta tartuntataudeista vuoden 2019 koronaviruspandemian (COVID-19) alusta lähtien.

SARS-CoV-2 tarttuu ihmisten lisäksi useisiin koti- ja villieläimiin, ja dokumentoidut tapaukset osoittavat, että harvinaisissa tapauksissa virus voi tarttua eläinisännästä takaisin ihmisiin. Kuitenkin tekijät, jotka ohjaavat SARS-CoV-2:n evoluutiota ja leviämisdynamiikkaa eläimillä, sekä uusien virusmuunnelmien alkuperää, jotka tartuttavat sekä ihmisiä että eläimiä, ovat suurelta osin tuntemattomia.

Viruksen kuntoa lisäävien hyödyllisten mutaatioiden valinta on ratkaiseva tekijä viruksen evoluutiossa isäntälajissa. Viruspopulaatiot voivat kohdata ainutlaatuisia ja voimakkaita valintapaineita, kun ne ovat siirtyneet isäntälajista toiseen. Nämä spillover-tapahtumat voivat nopeuttaa virusvarianttien syntymistä valitsemalla geneettisiä mutaatioita, jotka parantavat viruksen kuntoa uudessa isännässä.

Tutkiakseen isännän vaihtamisen vaikutuksia viruksen evoluutioon Colorado State Universityn tutkijat ja heidän yhteistyökumppaninsa Denver Zoo Conservation Alliancessa Yhdysvalloissa tutkivat SARS-CoV-2:n kehitystä ja isäntäkohtaista sopeutumista tiikereissä, afrikkalaisissa leijonissa ja täplikäshyeenoissa Denverin eläintarhassa vuonna 2021 puhkeamisen aikana.

Genominen seuranta paljastaa nopean sopeutumisen eläintarhan leviämisen jälkeen

Tutkijat keräsivät nenäpuikkonäytteitä kahdesta tiikeristä, 11 leijonasta ja kolmesta hyeenasta, eristivät näytteistä virus-RNA:ta ja suorittivat seuraavan sukupolven sekvensoinnin (NGS) SARS-CoV-2-linjan, isännän sisäisen variaation ja genomisen valinnan allekirjoitusten tunnistamiseksi.

Tulokset osoittivat, että Denver Zoo -epidemia johtui todennäköisesti yhdestä harvinaisen delta-alalinjan leviämisestä, mikä on parhaiten sopusoinnussa ihmisistä (pitäjistä) tiikereille ja edelleen leijonille ja hyeenoille leviämisen kanssa.

Viruspopulaatioiden nopeaa leviämistä ja monipuolistumista on havaittu eläinisäntien välillä. Tutkijat löysivät myös genomisia allekirjoituksia sekä negatiivisesta valinnasta (haitallisten mutaatioiden poistaminen) että positiivisesta valinnasta (hyödyllisten mutaatioiden valinta) koko virusgenomista, sekä neljä mahdollista lajikohtaista adaptiivista mutaatiota leijonissa ja hyeenoissa.

Vaikka tartunnan saaneista eläimistä ei ole havaittu huolta aiheuttavia SARS-CoV-2-variantteja, nukleokapsidigeenissä ja hyeenanäytteissä on havaittu ainutlaatuisen vahvoja positiivisen valinnan merkkejä, mikä kuvaa mutaation ja valinnan yhteisvaikutuksia lajien välisen virustartunnan jälkeen.

Tutkimuksessa löydettiin neljä lajispesifistä mutaatiota, mukaan lukien A254V leijonien ja hyeenojen nukleokapsidigeenissä sekä E1724D avoimessa lukukehyksessä 1-alfa, T274I piikkiproteiinigeenissä ja P326L nukleokapsidigeenissä hyeenoissa. Näitä mutaatioita on harvoin havaittu ihmisillä, eivätkä ne liity tiettyyn varianttilinjaan.

Tarkemmin sanottuna tutkimuksessa havaittiin, että vaikka Denverin eläintarhan epidemia tapahtui yhden COVID-19-pandemian huipuista, epidemian aiheuttanut harvinainen Delta-linja liittyi alle yhteen prosenttiin ihmisen infektioista Coloradossa tuolloin.

Tämän sukulinjan harvinaisuus ihmisillä tukee myös ajatusta, että eläintarhaepidemian laukaisi yksittäinen spillover-tapahtuma, todennäköisimmin tartunnan saaneesta ihmisestä. Kuitenkin mahdollisuus moninkertaiseen riippumattomaan tartunnan ihmisestä eläimiin tai viruksen leviämiseen peridomestisten eläinten välillä eläintarhassa säilyy.

Tutkimuksessa löydettiin vahvimmat positiivisen valinnan genomiset allekirjoitukset SARS-CoV-2-nukleokapsidigeenissä, joka koodaa RNA:ta sitovaa nukleokapsidiproteiinia, joka on vastuussa virusgenomin pakkaamisesta.

Tämän geenin mutaatiot on jo löydetty huolestuttavista SARS-CoV-2-varianteista, jotka tartuttavat ihmisiä. Nämä mutaatiot on liitetty viruksen parantuneeseen replikaatiokykyyn kokeellisissa ja epidemiologisissa tutkimuksissa, mikä viittaa siihen, että muutokset tässä geenissä voivat vaikuttaa viruksen eloonjäämiseen ja tarttuvuuteen isäntäympäristössä.

Toinen tutkimuksessa löydetty merkittävä mutaatio oli hyeenaspesifinen T274I-mutaatio piikkigeenissä. Mutaatio voisi edustaa sopeutumista hyeenaspesifiseen viruksen sisäänpääsyreseptoriin. Ihmistutkimuksista saadut rakenteelliset ja immunologiset analyysit viittaavat siihen, että substituutiot tässä kohdassa voivat myös edistää immuunijärjestelmän karkaamista. Tämän mutaation toiminnallinen seuraus hyeenoissa on kuitenkin vielä määrittämättä.

Tutkimuksessa löydetyt viruspopulaatiot osoittivat nopeaa laajentumista ja monipuolistumista ajan myötä. Kirjallisuudessa tiedetään, että valinnan voimakkuus lisääntyy viruspopulaation leviämisen myötä.

Eläintarhaepidemia tarjoaa todellisia näkemyksiä viruksen kehityksestä

Kaiken kaikkiaan tartunnan saaneista eläimistä eristetyt viruspopulaatiot osoittivat suunnilleen yhtä suuren sekä positiivisten että negatiivisten valintamerkintöjen jakautumisen, lukuun ottamatta hyeenoista eristettyjä, jotka osoittivat ainutlaatuisen vahvaa positiivista valintaa.

Tutkijat sanoivat, että tämä ero voi liittyä näytteenoton ajoitukseen, koska hyeenanäytteet kerättiin myöhemmin taudinpurkauksen aikana ja siksi ne on voitu kerätä myöhemmin tartunnan aikana verrattuna leijonien ja tiikerien näytteisiin. Nämä tulokset korostavat SARS-CoV-2:n lisääntyneen evoluutionopeuden mahdollisuutta hyeenoissa.

Kaiken kaikkiaan tutkimustulokset tarjoavat arvokasta tietoa mekanismeista, jotka ovat taustalla viruksen evoluution isännässä lajien välisen leviämisen jälkeen.

Lataa PDF-kopiosi nyt!

Lähteet: