SARS-CoV-2 si sviluppa dopo il salto dagli esseri umani agli animali dello zoo

SARS-CoV-2 si sviluppa dopo il salto dagli esseri umani agli animali dello zoo

Uno studio genomico dettagliato di un’epidemia allo zoo di Denver mostra come la SARS-CoV-2 possa diversificarsi e adattarsi rapidamente dopo aver incrociato le specie, offrendo uno sguardo raro nel mondo reale sull’evoluzione del virus oltre gli esseri umani.

Studio: Diffusione, diversificazione e adattamento della popolazione SARS-CoV-2 all'interno dell'ospite nelle tigri, leoni e iene dello zoo. Credito immagine: Wirestock Creators/Shutterstock.com

Un nuovo studio pubblicato suComunicazione della naturamostra il rapido sviluppo e adattamento della sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2) nelle tigri, leoni e iene dello zoo che sono in contatto quotidiano con gli esseri umani.

Come le infezioni animali influenzano lo sviluppo e il rischio di SARS-CoV-2

Il rapido sviluppo della SARS-CoV-2 e l’emergere di nuove varianti hanno plasmato in modo significativo la consapevolezza pubblica sulle malattie infettive dall’inizio della pandemia di coronavirus del 2019 (COVID-19).

Oltre agli esseri umani, la SARS-CoV-2 infetta una varietà di animali domestici e selvatici e casi documentati mostrano che in rari casi il virus può essere ritrasmesso da un animale ospite all’uomo. Tuttavia, i fattori che guidano l’evoluzione e la dinamica di trasmissione della SARS-CoV-2 negli animali, così come le origini di nuove varianti virali che infettano sia gli esseri umani che gli animali, sono in gran parte sconosciuti.

La selezione di mutazioni benefiche che aumentano la forma fisica virale è il fattore cruciale per l’evoluzione virale all’interno della specie ospite. Le popolazioni virali possono affrontare pressioni selettive uniche e potenti in seguito alla trasmissione da una specie ospite a un’altra. Questi eventi di spillover possono accelerare l’emergere di varianti virali selezionando mutazioni genetiche che migliorano l’idoneità del virus nel nuovo ospite.

Per studiare gli effetti del cambio dell’ospite sull’evoluzione del virus, i ricercatori della Colorado State University e i loro collaboratori della Denver Zoo Conservation Alliance, USA, hanno studiato l’evoluzione e l’adattamento specifico dell’ospite di SARS-CoV-2 nelle tigri, nei leoni africani e nelle iene maculate durante un’epidemia allo zoo di Denver nel 2021.

Il tracciamento genomico rivela un rapido adattamento dopo lo spillover dello zoo

I ricercatori hanno raccolto campioni di tamponi nasali da due tigri, 11 leoni e tre iene, hanno isolato l’RNA virale dai campioni ed hanno eseguito il sequenziamento di nuova generazione (NGS) per identificare il lignaggio SARS-CoV-2, la variazione intra-ospite e le firme di selezione genomica.

I risultati hanno indicato che l’epidemia dello zoo di Denver è stata probabilmente innescata da un singolo spillover di un raro sottolignaggio delta, più coerente con la trasmissione dagli esseri umani (custodi) alle tigri e poi ulteriormente ai leoni e alle iene.

È stata osservata una rapida diffusione e diversificazione delle popolazioni virali tra gli ospiti animali. I ricercatori hanno anche scoperto le firme genomiche sia della selezione negativa (rimozione di mutazioni dannose) che della selezione positiva (selezione di mutazioni benefiche) in tutto il genoma del virus, nonché quattro possibili mutazioni adattative specie-specifiche nei leoni e nelle iene.

Sebbene non sia stata rilevata alcuna variante SARS-CoV-2 negli animali infetti, sono state rilevate firme uniche e forti di selezione positiva nel gene del nucleocapside e nei campioni di iene, illustrando gli effetti combinati di mutazione e selezione in seguito alla trasmissione virale tra specie.

Lo studio ha scoperto quattro mutazioni specie-specifiche, tra cui A254V nel gene del nucleocapside nei leoni e nelle iene, nonché E1724D nel frame di lettura aperto 1-alfa, T274I nel gene della proteina spike e P326L nel gene del nucleocapside nelle iene. Queste mutazioni sono state rilevate raramente negli esseri umani e non sono associate a un lignaggio di varianti specifico.

Nello specifico, lo studio ha rilevato che mentre l’epidemia allo zoo di Denver si è verificata durante uno dei picchi della pandemia di COVID-19, il raro lignaggio Delta che ha causato l’epidemia era collegato a meno dell’1% delle infezioni umane in Colorado in quel momento.

La rarità di questo ceppo negli esseri umani supporta anche l’idea che l’epidemia nello zoo sia stata innescata da un singolo evento di spillover, molto probabilmente da un essere umano infetto. Tuttavia, permane la possibilità di una trasmissione multipla e indipendente dall'uomo agli animali o di una trasmissione del virus tra animali peridomestici nello zoo.

Lo studio ha trovato le firme genomiche più forti di selezione positiva nel gene del nucleocapside SARS-CoV-2, che codifica per la proteina nucleocapside legante l’RNA responsabile dell’imballaggio del genoma virale.

Mutazioni in questo gene sono già state scoperte in preoccupanti varianti SARS-CoV-2 che infettano le persone. Queste mutazioni sono state associate a una migliore capacità di replicazione virale in studi sperimentali ed epidemiologici, suggerendo che i cambiamenti in questo gene possono influenzare la sopravvivenza e la trasmissibilità del virus nell'ambiente ospite.

Un'altra mutazione degna di nota scoperta nello studio è stata la mutazione T274I specifica della iena nel gene spike. La mutazione potrebbe rappresentare un adattamento al recettore di ingresso virale specifico della iena. Analisi strutturali e immunologiche provenienti da studi sull'uomo suggeriscono che le sostituzioni in questo sito possono anche contribuire alla fuga immunitaria. Tuttavia, le conseguenze funzionali di questa mutazione nelle iene restano da determinare.

Le popolazioni virali scoperte nello studio hanno mostrato una rapida espansione e diversificazione nel tempo. È noto in letteratura che la forza della selezione aumenta con la diffusione della popolazione virale.

L’epidemia dello zoo offre informazioni reali sull’evoluzione del virus

Nel complesso, le popolazioni virali isolate dagli animali infetti hanno mostrato una distribuzione approssimativamente uguale di firme di selezione sia positive che negative, ad eccezione di quelle isolate dalle iene, che hanno mostrato una selezione positiva particolarmente forte.

I ricercatori hanno affermato che questa differenza potrebbe essere correlata ai tempi del campionamento, poiché i campioni di iena sono stati raccolti più tardi nel corso dell’epidemia e quindi potrebbero essere stati raccolti più tardi nel corso dell’infezione rispetto ai campioni di leoni e tigri. Questi risultati evidenziano la possibilità di un aumento del tasso evolutivo della SARS-CoV-2 nelle iene.

Nel complesso, i risultati dello studio forniscono informazioni preziose sui meccanismi alla base dell’evoluzione del virus all’interno dell’ospite in seguito alla trasmissione interspecie.

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