SARS-CoV-2 razvija se nakon prelaska s ljudi na životinje u zoološkom vrtu

SARS-CoV-2 razvija se nakon prelaska s ljudi na životinje u zoološkom vrtu

Detaljna genomska studija epidemije u zoološkom vrtu u Denveru pokazuje kako se SARS-CoV-2 može brzo diverzificirati i prilagoditi nakon križanja vrsta, nudeći rijedak pogled u stvarni svijet evolucije virusa izvan ljudi.

Studija: Širenje, diverzifikacija i prilagodba populacije SARS-CoV-2 unutar domaćina kod tigrova, lavova i hijena u zoološkom vrtu. Kredit za sliku: Wirestock Creators/Shutterstock.com

Nova studija objavljena uKomunikacija s prirodomprikazuje brzi razvoj i prilagodbu teškog akutnog respiratornog sindroma koronavirusa 2 (SARS-CoV-2) kod tigrova, lavova i hijena u zoološkim vrtovima koji su u svakodnevnom kontaktu s ljudima.

Kako infekcije životinja utječu na razvoj i rizik od SARS-CoV-2

Brzi razvoj SARS-CoV-2 i pojava novih varijanti značajno su oblikovali javnu svijest o zaraznim bolestima od početka pandemije koronavirusa (COVID-19) 2019.

Osim ljudi, SARS-CoV-2 inficira razne domaće i divlje životinje, a dokumentirani slučajevi pokazuju da se u rijetkim slučajevima virus može prenijeti sa životinje domaćina natrag na ljude. Međutim, čimbenici koji pokreću evoluciju i dinamiku prijenosa SARS-CoV-2 kod životinja, kao i podrijetlo novih varijanti virusa koje inficiraju i ljude i životinje, uglavnom su nepoznati.

Odabir korisnih mutacija koje povećavaju sposobnost virusa je ključni čimbenik za evoluciju virusa unutar vrste domaćina. Populacije virusa mogu se suočiti s jedinstvenim i snažnim selekcijskim pritiscima nakon prijenosa s jedne vrste domaćina na drugu. Ovi događaji prelijevanja mogu ubrzati pojavu virusnih varijanti odabirom genetskih mutacija koje poboljšavaju sposobnost virusa u novom domaćinu.

Kako bi proučili učinke promjene domaćina na evoluciju virusa, istraživači sa Državnog sveučilišta Colorado i njihovi suradnici iz Denver Zoo Conservation Alliance, SAD, proučavali su evoluciju i prilagodbu SARS-CoV-2 specifičnoj za domaćina kod tigrova, afričkih lavova i pjegavih hijena tijekom izbijanja u Zoološkom vrtu Denvera 2021.

Genomsko praćenje otkriva brzu prilagodbu nakon prelijevanja u zoološki vrt

Istraživači su prikupili uzorke briseva nosa od dva tigra, 11 lavova i tri hijene, izolirali virusnu RNK iz uzoraka i izvršili sekvenciranje sljedeće generacije (NGS) kako bi identificirali lozu SARS-CoV-2, varijacije unutar domaćina i potpise genomske selekcije.

Rezultati su pokazali da je izbijanje u zoološkom vrtu u Denveru vjerojatno izazvano jednim prelijevanjem rijetke delta podloze, što je najviše u skladu s prijenosom s ljudi (čuvara) na tigrove, a zatim dalje na lavove i hijene.

Uočeno je brzo širenje i diversifikacija populacija virusa među životinjama domaćinima. Istraživači su također otkrili genomske potpise i negativne selekcije (uklanjanje štetnih mutacija) i pozitivne selekcije (odabir korisnih mutacija) u cijelom genomu virusa, kao i četiri moguće adaptivne mutacije specifične za vrstu kod lavova i hijena.

Iako nijedna zabrinjavajuća inačica SARS-CoV-2 nije otkrivena kod zaraženih životinja, jedinstveno jaki potpisi pozitivne selekcije otkriveni su u nukleokapsidnom genu i uzorcima hijena, što ilustrira kombinirane učinke mutacije i selekcije nakon prijenosa virusa između vrsta.

Studija je otkrila četiri mutacije specifične za vrstu, uključujući A254V u genu nukleokapsida u lavova i hijena, kao i E1724D u otvorenom okviru čitanja 1-alfa, T274I u genu za protein šiljaka i P326L u genu za nukleokapsid u hijena. Ove su mutacije rijetko otkrivene kod ljudi i nisu povezane s određenom varijantom loze.

Konkretno, studija je otkrila da, dok se epidemija u zoološkom vrtu u Denveru dogodila tijekom jednog od vrhunaca pandemije COVID-19, rijetka loza Delta koja je uzrokovala epidemiju bila je povezana s manje od 1% ljudskih infekcija u Coloradu u to vrijeme.

Rijetkost ove loze kod ljudi također podržava ideju da je epidemiju u zoološkom vrtu pokrenuo jedan jedini događaj prelijevanja, najvjerojatnije od zaraženog čovjeka. Međutim, ostaje mogućnost višestrukog neovisnog prijenosa s čovjeka na životinje ili prijenos virusa između peridomestičnih životinja u zoološkom vrtu.

Studija je pronašla najjače genomske potpise pozitivne selekcije u genu nukleokapsida SARS-CoV-2, koji kodira protein nukleokapsida koji se veže na RNK i odgovoran je za pakiranje virusnog genoma.

Mutacije u ovom genu već su otkrivene u zabrinjavajućim varijantama SARS-CoV-2 koje zaraze ljude. Ove su mutacije povezane s poboljšanom sposobnošću replikacije virusa u eksperimentalnim i epidemiološkim studijama, što sugerira da promjene u ovom genu mogu utjecati na preživljavanje i prijenos virusa u okruženju domaćina.

Još jedna značajna mutacija otkrivena u studiji bila je mutacija specifična za hijenu T274I u genu za šiljak. Mutacija bi mogla predstavljati prilagodbu na virusni ulazni receptor specifičan za hijenu. Strukturne i imunološke analize iz studija na ljudima sugeriraju da supstitucije na ovom mjestu također mogu doprinijeti bijegu imunološkog sustava. Međutim, funkcionalne posljedice ove mutacije kod hijena tek treba utvrditi.

Populacije virusa otkrivene u studiji pokazale su brzo širenje i diversifikaciju tijekom vremena. U literaturi je poznato da se snaga selekcije povećava kako se virusna populacija širi.

Epidemija u zoološkom vrtu nudi pravi uvid u evoluciju virusa

Sve u svemu, populacije virusa izolirane iz zaraženih životinja pokazale su približno jednaku distribuciju i pozitivnih i negativnih selekcijskih potpisa, s iznimkom onih izoliranih iz hijena, koje su pokazale jedinstveno jaku pozitivnu selekciju.

Istraživači su rekli da bi ta razlika mogla biti povezana s vremenom uzorkovanja, budući da su uzorci hijena prikupljeni kasnije u izbijanju pa stoga mogu biti prikupljeni kasnije tijekom infekcije u usporedbi s uzorcima lavova i tigrova. Ovi rezultati naglašavaju mogućnost povećane stope evolucije SARS-CoV-2 kod hijena.

Sve u svemu, rezultati studije daju vrijedan uvid u mehanizme koji leže u osnovi evolucije virusa unutar domaćina nakon prijenosa između vrsta.

Preuzmite svoju PDF kopiju sada!

Izvori: