SARS-CoV-2 rozwija się po przeskoczeniu z człowieka na zwierzęta w ogrodach zoologicznych

SARS-CoV-2 rozwija się po przeskoczeniu z człowieka na zwierzęta w ogrodach zoologicznych

Szczegółowe badanie genomiczne epidemii w zoo w Denver pokazuje, jak SARS-CoV-2 może szybko różnicować się i przystosowywać po skrzyżowaniu gatunków, oferując rzadki wgląd w ewolucję wirusa poza człowiekiem w świecie rzeczywistym.

Badanie: Rozprzestrzenianie się, dywersyfikacja i adaptacja populacji SARS-CoV-2 w obrębie żywiciela u tygrysów, lwów i hien w ogrodach zoologicznych. Źródło obrazu: Wirestock Creators/Shutterstock.com

Nowe badanie opublikowane wKomunikacja przyrodniczapokazuje szybki rozwój i adaptację wirusa 2 ciężkiego ostrego zespołu oddechowego (SARS-CoV-2) u tygrysów, lwów i hien w ogrodach zoologicznych, które mają codzienny kontakt z ludźmi.

Jak infekcje zwierzęce wpływają na rozwój i ryzyko SARS-CoV-2

Szybki rozwój wirusa SARS-CoV-2 i pojawienie się nowych wariantów w istotny sposób kształtuje świadomość społeczną na temat chorób zakaźnych od początku pandemii koronaawirusa (COVID-19) w 2019 roku.

Oprócz ludzi SARS-CoV-2 zakaża różne zwierzęta domowe i dzikie, a udokumentowane przypadki pokazują, że w rzadkich przypadkach wirus może zostać przeniesiony ze zwierzęcego żywiciela z powrotem na ludzi. Jednak czynniki napędzające ewolucję i dynamikę przenoszenia SARS-CoV-2 u zwierząt, a także pochodzenie nowych wariantów wirusa, które zakażają zarówno ludzi, jak i zwierzęta, są w dużej mierze nieznane.

Wybór korzystnych mutacji, które zwiększają sprawność wirusa, jest kluczowym czynnikiem ewolucji wirusa w obrębie gatunku żywiciela. Populacje wirusów mogą stanąć przed wyjątkową i potężną presją selekcyjną w wyniku przeniesienia z jednego gatunku żywiciela na drugi. Te zdarzenia niepożądane mogą przyspieszyć pojawienie się wariantów wirusa poprzez wybranie mutacji genetycznych, które poprawiają przystosowanie wirusa do nowego żywiciela.

Aby zbadać wpływ zmiany żywiciela na ewolucję wirusa, naukowcy z Colorado State University i ich współpracownicy z Denver Zoo Conservation Alliance w USA zbadali ewolucję i specyficzną dla żywiciela adaptację SARS-CoV-2 u tygrysów, lwów afrykańskich i hien cętkowanych podczas epidemii w zoo w Denver w 2021 roku.

Śledzenie genomu ujawnia szybką adaptację po rozprzestrzenieniu się zoo

Naukowcy pobrali próbki wymazów z nosa od dwóch tygrysów, 11 lwów i trzech hien, wyizolowali z nich wirusowe RNA i przeprowadzili sekwencjonowanie nowej generacji (NGS), aby zidentyfikować linię wirusa SARS-CoV-2, zmienność wewnątrz żywiciela i sygnatury selekcji genomowej.

Wyniki wykazały, że epidemia w zoo w Denver została prawdopodobnie wywołana pojedynczym przeniesieniem się rzadkiej podlinii delta, co najbardziej odpowiada przenoszeniu wirusa z ludzi (opiekunów) na tygrysy, a następnie dalej na lwy i hieny.

Zaobserwowano szybkie rozprzestrzenianie się i różnicowanie populacji wirusów wśród zwierząt żywicielskich. Naukowcy odkryli także genomowe sygnatury zarówno selekcji negatywnej (usunięcie szkodliwych mutacji), jak i selekcji pozytywnej (wybór korzystnych mutacji) w całym genomie wirusa, a także cztery możliwe, specyficzne dla gatunku mutacje adaptacyjne u lwów i hien.

Chociaż u zakażonych zwierząt nie wykryto żadnych budzących obawy wariantów SARS-CoV-2, w genie nukleokapsydu i próbkach od hien wykryto wyjątkowo silne sygnatury pozytywnej selekcji, co ilustruje połączone skutki mutacji i selekcji w następstwie przenoszenia wirusa międzygatunkowego.

W badaniu wykryto cztery mutacje specyficzne dla gatunku, w tym A254V w genie nukleokapsydu u lwów i hien, a także E1724D w otwartej ramce odczytu 1-alfa, T274I w genie białka kolca i P326L w genie nukleokapsydu u hien. Mutacje te rzadko wykrywano u ludzi i nie są one powiązane z konkretną linią wariantową.

W szczególności badanie wykazało, że chociaż epidemia w zoo w Denver miała miejsce podczas jednego ze szczytów pandemii Covid-19, rzadka linia genetyczna Delta, która spowodowała epidemię, została powiązana z mniej niż 1% infekcji u ludzi w Kolorado w tamtym czasie.

Rzadkość występowania tej linii u ludzi potwierdza również pogląd, że epidemia w zoo została wywołana pojedynczym wydarzeniem, najprawdopodobniej wywołanym przez zakażonego człowieka. Jednakże istnieje możliwość wielokrotnego, niezależnego przeniesienia wirusa z ludzi na zwierzęta lub przeniesienia wirusa między zwierzętami perydomowymi w ogrodzie zoologicznym.

Badanie wykazało, że najsilniejsze sygnatury genomowe selekcji pozytywnej występują w genie nukleokapsydu SARS-CoV-2, który koduje białko nukleokapsydu wiążące RNA odpowiedzialne za pakowanie genomu wirusa.

Mutacje w tym genie odkryto już w niepokojących wariantach SARS-CoV-2, które zakażają ludzi. W badaniach eksperymentalnych i epidemiologicznych mutacje te powiązano z lepszą zdolnością replikacji wirusa, co sugeruje, że zmiany w tym genie mogą wpływać na przeżycie wirusa i jego zdolność do przenoszenia w środowisku gospodarza.

Inną godną uwagi mutacją odkrytą w badaniu była specyficzna dla hieny mutacja T274I w genie spike. Mutacja może reprezentować adaptację do specyficznego dla hieny receptora wejściowego wirusa. Analizy strukturalne i immunologiczne przeprowadzone na ludziach sugerują, że substytucje w tym miejscu mogą również przyczyniać się do ucieczki układu odpornościowego. Jednak funkcjonalne konsekwencje tej mutacji u hien pozostają do ustalenia.

Populacje wirusów odkryte w ramach badania wykazały szybką ekspansję i dywersyfikację w czasie. Z literatury wiadomo, że siła selekcji wzrasta w miarę rozprzestrzeniania się populacji wirusa.

Epidemia w zoo oferuje prawdziwy wgląd w ewolucję wirusa

Ogólnie rzecz biorąc, populacje wirusa wyizolowane od zakażonych zwierząt wykazywały w przybliżeniu równy rozkład zarówno pozytywnych, jak i negatywnych sygnatur selekcji, z wyjątkiem tych wyizolowanych od hien, które wykazywały wyjątkowo silną selekcję pozytywną.

Naukowcy stwierdzili, że różnica ta może być związana z czasem pobierania próbek, ponieważ próbki od hien pobrano później w momencie wybuchu epidemii, a zatem mogły zostać pobrane później w trakcie infekcji w porównaniu z próbkami od lwów i tygrysów. Wyniki te podkreślają możliwość zwiększonego tempa ewolucji SARS-CoV-2 u hien.

Ogólnie rzecz biorąc, wyniki badania dostarczają cennego wglądu w mechanizmy leżące u podstaw ewolucji wirusa u żywiciela w następstwie transmisji międzygatunkowej.

Pobierz teraz swoją kopię PDF!

Źródła: