SARS-CoV-2 ontstaat nadat het van mensen naar dierentuindieren is overgegaan

SARS-CoV-2 ontstaat nadat het van mensen naar dierentuindieren is overgegaan

Een gedetailleerde genomische studie van een uitbraak in de dierentuin van Denver laat zien hoe SARS-CoV-2 zich snel kan diversifiëren en zich kan aanpassen na het kruisen van soorten, waardoor een zeldzaam real-world kijkje wordt geboden in de virusevolutie buiten mensen.

Studie: Verspreiding, diversificatie en aanpassing van de SARS-CoV-2-populatie binnen de gastheer bij dierentuintijgers, leeuwen en hyena's. Afbeelding tegoed: Wirestock Creators/Shutterstock.com

Een nieuwe studie gepubliceerd inCommunicatie over de natuurtoont de snelle ontwikkeling en aanpassing van het ernstige acute respiratoire syndroom coronavirus 2 (SARS-CoV-2) bij tijgers, leeuwen en hyena's in dierentuinen die dagelijks in contact komen met mensen.

Hoe dierinfecties de ontwikkeling en het risico van SARS-CoV-2 beïnvloeden

De snelle ontwikkeling van SARS-CoV-2 en de opkomst van nieuwe varianten hebben het publieke bewustzijn over infectieziekten sinds het begin van de coronaviruspandemie (COVID-19) in 2019 aanzienlijk gevormd.

Naast mensen infecteert SARS-CoV-2 een verscheidenheid aan huisdieren en wilde dieren, en gedocumenteerde gevallen tonen aan dat het virus in zeldzame gevallen van een dierlijke gastheer terug op mensen kan worden overgedragen. De factoren die de evolutie en transmissiedynamiek van SARS-CoV-2 bij dieren aandrijven, evenals de oorsprong van nieuwe virusvarianten die zowel mensen als dieren infecteren, zijn echter grotendeels onbekend.

De selectie van gunstige mutaties die de virale fitheid vergroten, is de cruciale factor voor virale evolutie binnen de gastheersoort. Viruspopulaties kunnen te maken krijgen met unieke en krachtige selectiedruk na overdracht van de ene gastheersoort naar de andere. Deze overloopgebeurtenissen kunnen de opkomst van virale varianten versnellen door genetische mutaties te selecteren die de fitheid van het virus in de nieuwe gastheer verbeteren.

Om de effecten van gastheerwisseling op de virusevolutie te bestuderen, bestudeerden onderzoekers van de Colorado State University en hun medewerkers bij de Denver Zoo Conservation Alliance, VS, de evolutie en gastheerspecifieke aanpassing van SARS-CoV-2 bij tijgers, Afrikaanse leeuwen en gevlekte hyena’s tijdens een uitbraak in de Denver Zoo in 2021.

Genomische tracking onthult snelle aanpassing na overloop van dierentuinen

De onderzoekers verzamelden neusuitstrijkjes van twee tijgers, elf leeuwen en drie hyena's, isoleerden viraal RNA uit de monsters en voerden next-generation sequencing (NGS) uit om de SARS-CoV-2-afstamming, intra-hostvariatie en genomische selectiesignaturen te identificeren.

De resultaten gaven aan dat de uitbraak van de Denver Zoo waarschijnlijk werd veroorzaakt door een enkele overloop van een zeldzame delta-sublijn, het meest consistent met de overdracht van mensen (houders) op tijgers en vervolgens verder op leeuwen en hyena's.

Er is snelle verspreiding en diversificatie van viruspopulaties waargenomen onder dierlijke gastheren. De onderzoekers ontdekten ook genomische kenmerken van zowel negatieve selectie (verwijdering van schadelijke mutaties) als positieve selectie (selectie van gunstige mutaties) in het hele virusgenoom, evenals vier mogelijke soortspecifieke adaptieve mutaties bij leeuwen en hyena's.

Hoewel er geen zorgwekkende SARS-CoV-2-varianten zijn gedetecteerd bij geïnfecteerde dieren, zijn er unieke sterke tekenen van positieve selectie gedetecteerd in het nucleocapside-gen en monsters van hyena's, wat de gecombineerde effecten van mutatie en selectie na virusoverdracht tussen soorten illustreert.

De studie ontdekte vier soortspecifieke mutaties, waaronder A254V in het nucleocapside-gen bij leeuwen en hyena's, evenals E1724D in het open leesraam 1-alpha, T274I in het spike-eiwitgen en P326L in het nucleocapside-gen bij hyena's. Deze mutaties zijn zelden bij mensen gedetecteerd en zijn niet geassocieerd met een specifieke variantlijn.

Concreet bleek uit het onderzoek dat, hoewel de uitbraak van de Denver Zoo plaatsvond tijdens een van de pieken van de COVID-19-pandemie, de zeldzame Delta-lijn die de uitbraak veroorzaakte destijds verband hield met minder dan 1% van de menselijke infecties in Colorado.

De zeldzaamheid van deze afstammingslijn bij mensen ondersteunt ook het idee dat de uitbraak van de dierentuin werd veroorzaakt door een enkele overloopgebeurtenis, hoogstwaarschijnlijk door een geïnfecteerde mens. De mogelijkheid van meervoudige onafhankelijke overdracht van mens op dier of virusoverdracht tussen peridomestische dieren in de dierentuin blijft echter bestaan.

De studie vond de sterkste genomische kenmerken van positieve selectie in het SARS-CoV-2-nucleocapsidegen, dat codeert voor het RNA-bindende nucleocapside-eiwit dat verantwoordelijk is voor het verpakken van het virale genoom.

Mutaties in dit gen zijn al ontdekt in zorgelijke SARS-CoV-2-varianten die mensen besmetten. Deze mutaties zijn in experimentele en epidemiologische onderzoeken in verband gebracht met een verbeterde virale replicatiegeschiktheid, wat suggereert dat veranderingen in dit gen de overleving en overdraagbaarheid van virussen in de gastheeromgeving kunnen beïnvloeden.

Een andere opmerkelijke mutatie die in het onderzoek werd ontdekt, was de hyena-specifieke T274I-mutatie in het spike-gen. De mutatie zou een aanpassing aan de hyena-specifieke virale entry-receptor kunnen vertegenwoordigen. Structurele en immunologische analyses uit studies bij mensen suggereren dat vervangingen op deze locatie ook kunnen bijdragen aan immuunontsnapping. Het functionele gevolg van deze mutatie bij hyena's moet echter nog worden bepaald.

De viruspopulaties die in het onderzoek werden ontdekt, vertoonden in de loop van de tijd een snelle expansie en diversificatie. Uit de literatuur is bekend dat de selectiekracht toeneemt naarmate een viruspopulatie zich verspreidt.

De uitbraak in de dierentuin biedt echte inzichten in de virusevolutie

Over het geheel genomen vertoonden de uit de geïnfecteerde dieren geïsoleerde viruspopulaties een ongeveer gelijke verdeling van zowel positieve als negatieve selectiesignaturen, met uitzondering van de viruspopulaties geïsoleerd uit hyena's, die een unieke sterke positieve selectie vertoonden.

De onderzoekers zeiden dat dit verschil verband kan houden met de timing van de bemonstering, omdat hyena-monsters later tijdens de uitbraak werden verzameld en daarom later in de loop van de infectie kunnen zijn verzameld in vergelijking met monsters van leeuwen en tijgers. Deze resultaten benadrukken de mogelijkheid van een verhoogde evolutie van SARS-CoV-2 bij hyena's.

Over het geheel genomen bieden de onderzoeksresultaten waardevol inzicht in de mechanismen die ten grondslag liggen aan de virusevolutie binnen de gastheer na overdracht tussen soorten.

Download nu uw PDF-exemplaar!

Bronnen: