SARS-CoV-2 se razvije po skoku s človeka na živali v živalskem vrtu

SARS-CoV-2 se razvije po skoku s človeka na živali v živalskem vrtu

Podrobna genomska študija izbruha v živalskem vrtu v Denverju kaže, kako se lahko SARS-CoV-2 hitro diverzificira in prilagaja po križanju vrst, in ponuja redek vpogled v razvoj virusa zunaj človeka.

Študija: Širjenje, diverzifikacija in prilagajanje populacije SARS-CoV-2 znotraj gostitelja pri tigrih, levih in hijenah v živalskih vrtovih. Avtor slike: Wirestock Creators/Shutterstock.com

Nova študija, objavljena vKomunikacija v naraviprikazuje hiter razvoj in prilagajanje hudega akutnega respiratornega sindroma koronavirus 2 (SARS-CoV-2) pri tigrih, levih in hijenah v živalskih vrtovih, ki so v vsakodnevnem stiku z ljudmi.

Kako okužbe živali vplivajo na razvoj in tveganje za SARS-CoV-2

Hiter razvoj SARS-CoV-2 in pojav novih različic sta od začetka pandemije koronavirusa (COVID-19) leta 2019 močno oblikovala ozaveščenost javnosti o nalezljivih boleznih.

Poleg ljudi SARS-CoV-2 okuži različne domače in divje živali, dokumentirani primeri pa kažejo, da se lahko v redkih primerih virus prenese z živalskega gostitelja nazaj na človeka. Vendar dejavniki, ki spodbujajo razvoj in dinamiko prenosa SARS-CoV-2 pri živalih, kot tudi izvor novih različic virusa, ki okužijo tako ljudi kot živali, večinoma niso znani.

Izbira koristnih mutacij, ki povečajo sposobnost virusa, je ključni dejavnik za razvoj virusa v gostiteljski vrsti. Virusne populacije se lahko soočajo z edinstvenimi in močnimi selekcijskimi pritiski po prenosu z ene gostiteljske vrste na drugo. Ti dogodki prelivanja lahko pospešijo nastanek virusnih različic z izbiro genetskih mutacij, ki izboljšajo sposobnost virusa v novem gostitelju.

Da bi preučili učinke zamenjave gostitelja na razvoj virusa, so raziskovalci z univerze Colorado State in njihovi sodelavci pri Denver Zoo Conservation Alliance, ZDA, proučevali razvoj in specifično prilagoditev SARS-CoV-2 na gostitelja pri tigrih, afriških levih in pegastih hijenah med izbruhom v živalskem vrtu Denver leta 2021.

Genomsko sledenje razkriva hitro prilagajanje po prelivanju živalskega vrta

Raziskovalci so zbrali vzorce nosnih brisov dveh tigrov, 11 levov in treh hijen, iz vzorcev izolirali virusno RNK in izvedli sekvenciranje naslednje generacije (NGS), da bi identificirali rod SARS-CoV-2, variacije znotraj gostitelja in podpise genomske selekcije.

Rezultati so pokazali, da je izbruh v živalskem vrtu v Denverju verjetno sprožil en sam pojav redke delta podlinije, kar je najbolj skladno s prenosom od ljudi (oskrbnikov) na tigre in nato naprej na leve in hijene.

Med živalskimi gostitelji so opazili hitro širjenje in diverzifikacijo virusnih populacij. Raziskovalci so odkrili tudi genomske znake negativne selekcije (odstranitev škodljivih mutacij) in pozitivne selekcije (izbor koristnih mutacij) v celotnem genomu virusa ter štiri možne za vrsto specifične adaptivne mutacije pri levih in hijenah.

Čeprav pri okuženih živalih niso odkrili nobenih zaskrbljujočih različic SARS-CoV-2, so bili v genu za nukleokapsid in v vzorcih hijen odkriti edinstveno močni znaki pozitivne selekcije, ki ponazarjajo kombinirane učinke mutacije in selekcije po prenosu virusa med vrstami.

Študija je odkrila štiri vrste specifične mutacije, vključno z A254V v genu za nukleokapsid pri levih in hijenah, kot tudi E1724D v odprtem bralnem okviru 1-alfa, T274I v genu za spike protein in P326L v genu za nukleokapsid pri hijenah. Te mutacije so bile redko odkrite pri ljudeh in niso povezane s specifično različico linije.

Natančneje, študija je pokazala, da se je izbruh v živalskem vrtu v Denverju zgodil med enim od vrhuncev pandemije COVID-19, vendar je bila redka linija Delta, ki je povzročila izbruh, povezana z manj kot 1 % človeških okužb v Koloradu v tistem času.

Redkost te linije pri ljudeh podpira tudi idejo, da je izbruh v živalskem vrtu sprožil en sam dogodek prelivanja, najverjetneje od okuženega človeka. Ostaja pa možnost večkratnega neodvisnega prenosa s človeka na žival ali prenosa virusa med peridomestičnimi živalmi v živalskem vrtu.

Študija je odkrila najmočnejše genomske znake pozitivne selekcije v nukleokapsidnem genu SARS-CoV-2, ki kodira RNA-vezavni nukleokapsidni protein, odgovoren za pakiranje virusnega genoma.

Mutacije v tem genu so že odkrili pri zaskrbljujočih različicah SARS-CoV-2, ki okužijo ljudi. Te mutacije so bile povezane z izboljšano sposobnostjo replikacije virusa v eksperimentalnih in epidemioloških študijah, kar kaže, da lahko spremembe v tem genu vplivajo na preživetje virusa in prenosljivost v okolju gostitelja.

Druga opazna mutacija, ki so jo odkrili v študiji, je bila hijena specifična mutacija T274I v genu spike. Mutacija bi lahko predstavljala prilagoditev na za hieno specifičen virusni vstopni receptor. Strukturne in imunološke analize študij na ljudeh kažejo, da lahko tudi zamenjave na tem mestu prispevajo k imunskemu pobegu. Vendar je treba funkcionalno posledico te mutacije pri hijenah še določiti.

Populacije virusov, odkrite v študiji, so pokazale hitro širitev in diverzifikacijo skozi čas. V literaturi je znano, da se moč selekcije povečuje s širjenjem virusne populacije.

Izbruh v živalskem vrtu ponuja pravi vpogled v razvoj virusa

Na splošno so virusne populacije, izolirane iz okuženih živali, pokazale približno enako porazdelitev pozitivnih in negativnih selekcijskih podpisov, z izjemo tistih, izoliranih iz hijen, ki so pokazale edinstveno močno pozitivno selekcijo.

Raziskovalci so povedali, da je ta razlika morda povezana s časom vzorčenja, saj so bili vzorci hijen zbrani pozneje v izbruhu in so bili zato morda zbrani pozneje med okužbo v primerjavi z vzorci levov in tigrov. Ti rezultati poudarjajo možnost povečane evolucijske stopnje SARS-CoV-2 pri hijenah.

Na splošno rezultati študije zagotavljajo dragocen vpogled v mehanizme, na katerih temelji razvoj virusa znotraj gostitelja po prenosu med vrstami.

Prenesite svojo kopijo PDF zdaj!

Viri: