SARS-CoV-2 utvecklas efter att ha hoppat från människor till djurparker

SARS-CoV-2 utvecklas efter att ha hoppat från människor till djurparker

En detaljerad genomisk studie av ett utbrott vid Denver Zoo visar hur SARS-CoV-2 snabbt kan diversifiera och anpassa sig efter att ha korsat arter, vilket ger en sällsynt verklig inblick i virusutveckling bortom människor.

Studie: Spridning, diversifiering och anpassning av SARS-CoV-2-populationen inom värden hos zootigrar, lejon och hyenor. Bildkredit: Wirestock Creators/Shutterstock.com

En ny studie publicerad iNaturkommunikationvisar den snabba utvecklingen och anpassningen av allvarligt akut respiratoriskt syndrom coronavirus 2 (SARS-CoV-2) hos zootigrar, lejon och hyenor som är i daglig kontakt med människor.

Hur djurinfektioner påverkar utvecklingen och risken för SARS-CoV-2

Den snabba utvecklingen av SARS-CoV-2 och uppkomsten av nya varianter har avsevärt format allmänhetens medvetenhet om infektionssjukdomar sedan början av 2019 års coronavirus-pandemi (COVID-19).

Förutom människor infekterar SARS-CoV-2 en mängd tama och vilda djur, och dokumenterade fall visar att viruset i sällsynta fall kan överföras från en djurvärd tillbaka till människor. Faktorerna som driver utvecklingen och överföringsdynamiken för SARS-CoV-2 hos djur, liksom ursprunget till nya virusvarianter som infekterar både människor och djur, är dock i stort sett okända.

Valet av fördelaktiga mutationer som ökar viral kondition är den avgörande faktorn för viral utveckling inom värdarten. Viruspopulationer kan möta unika och kraftfulla selektionstryck efter överföring från en värdart till en annan. Dessa spillover-händelser kan påskynda uppkomsten av virala varianter genom att välja genetiska mutationer som förbättrar virusets kondition i den nya värden.

För att studera effekterna av värdbyte på virusutveckling, studerade forskare från Colorado State University och deras medarbetare vid Denver Zoo Conservation Alliance, USA, utvecklingen och den värdspecifika anpassningen av SARS-CoV-2 i tigrar, afrikanska lejon och prickiga hyenor under ett utbrott på Denver Zoo 2021.

Genomisk spårning avslöjar snabb anpassning efter zoospillover

Forskarna samlade in nasala pinnprover från två tigrar, 11 lejon och tre hyenor, isolerade viralt RNA från proverna och utförde nästa generations sekvensering (NGS) för att identifiera SARS-CoV-2-linjen, variationer inom värd och genomiska selektionssignaturer.

Resultaten indikerade att utbrottet av Denver Zoo sannolikt utlöstes av en enda spridning av en sällsynt deltasublineage, mest förenlig med överföring från människor (skötare) till tigrar och sedan vidare till lejon och hyenor.

Snabb spridning och diversifiering av viruspopulationer har observerats över djurvärdar. Forskarna upptäckte också genomiska signaturer av både negativ selektion (borttagning av skadliga mutationer) och positiv selektion (selektion av fördelaktiga mutationer) genom hela virusgenomet, samt fyra möjliga artspecifika adaptiva mutationer i lejon och hyenor.

Även om inga SARS-CoV-2-varianter av oro har upptäckts hos infekterade djur, har unikt starka signaturer av positiv selektion upptäckts i nukleokapsidgenen och prover från hyenor, vilket illustrerar de kombinerade effekterna av mutation och selektion efter virusöverföring mellan arter.

Studien upptäckte fyra artspecifika mutationer, inklusive A254V i nukleokapsidgenen i lejon och hyenor, samt E1724D i den öppna läsramen 1-alfa, T274I i spikproteingenen och P326L i nukleokapsidgenen i hyenor. Dessa mutationer har sällan upptäckts hos människor och är inte associerade med en specifik variant härstamning.

Närmare bestämt fann studien att medan utbrottet av Denver Zoo inträffade under en av topparna av COVID-19-pandemin, var den sällsynta Delta-härstamningen som orsakade utbrottet kopplad till mindre än 1% av mänskliga infektioner i Colorado vid den tiden.

Sällsyntheten hos denna härstamning hos människor stöder också tanken att djurparksutbrottet utlöstes av en enda spillover-händelse, troligen från en infekterad människa. Möjligheten för multipel oberoende överföring från människor till djur eller virusöverföring mellan peridomastiska djur i djurparken kvarstår dock.

Studien fann de starkaste genomiska signaturerna för positivt urval i SARS-CoV-2-nukleokapsidgenen, som kodar för det RNA-bindande nukleokapsidproteinet som är ansvarigt för att packa det virala genomet.

Mutationer i denna gen har redan upptäckts i oroande SARS-CoV-2-varianter som infekterar människor. Dessa mutationer har associerats med förbättrad viral replikationsförmåga i experimentella och epidemiologiska studier, vilket tyder på att förändringar i denna gen kan påverka virusöverlevnad och överförbarhet i värdmiljön.

En annan anmärkningsvärd mutation som upptäcktes i studien var den hyenaspecifika T274I-mutationen i spikegenen. Mutationen skulle kunna representera en anpassning till den hyenaspecifika virala inträdesreceptorn. Strukturella och immunologiska analyser från mänskliga studier tyder på att substitutioner på denna plats också kan bidra till immunflykt. Den funktionella konsekvensen av denna mutation i hyenor återstår dock att fastställa.

Viruspopulationerna som upptäcktes i studien visade snabb expansion och diversifiering över tid. Det är känt i litteraturen att selektionsstyrkan ökar när en viruspopulation sprids.

Djurparkens utbrott ger verkliga insikter i virusutvecklingen

Sammantaget visade viruspopulationerna som isolerats från de infekterade djuren en ungefär lika stor fördelning av både positiva och negativa selektionssignaturer, med undantag för de som isolerats från hyenor, som visade en unik stark positiv selektion.

Forskarna sa att denna skillnad kan vara relaterad till tidpunkten för provtagning, eftersom hyenaprover samlades in senare under utbrottet och därför kan ha samlats in senare under infektionsförloppet jämfört med prover från lejon och tigrar. Dessa resultat belyser möjligheten för en ökad utvecklingshastighet av SARS-CoV-2 hos hyenor.

Sammantaget ger studieresultaten värdefull insikt i de mekanismer som ligger bakom virusutvecklingen inom värden efter överföring mellan arter.

Ladda ner din PDF-kopia nu!

Källor: