Wissenschaftler identifizieren Regionen und Arten, die die Entwicklung des Coronavirus bei Fledermäusen vorantreiben

Wissenschaftler tauchen tief in die Lebensräume von Fledermäusen ein und entdecken, wie sich Coronaviren entwickeln, migrieren und zwischen den Arten wechseln, und werfen so Licht auf die Ursprünge der Pandemie und zukünftige Risiken.

In einer kürzlich in der Zeitschrift veröffentlichten Studie Naturkommunikationuntersuchte eine Forschergruppe die Evolution, artübergreifende Übertragung und Verbreitung von Fledermaus-Coronaviren (CoVs) in China, identifizierte Hotspots evolutionärer Vielfalt und verfolgte die Ursprünge des Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2).

Hintergrund

CoVs sind Ribonukleinsäureviren (RNA-Viren), die Atemwegs- und Darmerkrankungen bei Menschen und Tieren verursachen, wobei alle Menschen-infizierenden CoVs zoonotischen Ursprungs sind und häufig von Fledermäusen stammen. Ihre große Genomgröße, hohe Rekombinationsraten und genomische Plastizität erleichtern die artenübergreifende Übertragung und schnelle Anpassung und führen zu Ausbrüchen wie SARS-CoV, dem Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus (MERS-CoV) und SARS-CoV-2. Fledermäuse, insbesondere Gattung Rhinolophusbeherbergen verschiedene Alpha-CoVs (α-CoV) und Beta-CoVs (β-CoV), mit Hotspots in Regionen wie China, wo eine reiche Fledermausfauna und eine einzigartige Biogeographie das Spillover-Risiko verstärken. Die Studie hebt hervor, dass diese evolutionären Merkmale in Kombination mit dem ökologischen Kontext Süd- und Südwestchinas diese Regionen für das Verständnis der CoV-Dynamik besonders wichtig machen. Weitere Forschung zur Makroevolution und Übertragungsdynamik von Fledermaus-CoV ist von entscheidender Bedeutung, um das zoonotische Potenzial zu verstehen und die Pandemieprävention durch gezielte Überwachungs- und Vorbereitungsstrategien zu verbessern.

Über die Studie

Dynamik des Wirtswechsels: Die Studie ergab, dass Alpha-Coronaviren (α-CoVs) eine höhere Neigung zur speziesübergreifenden Übertragung haben als Beta-Coronaviren (β-CoVs), wobei es bei α-CoVs siebenmal häufiger zu Wirtswechseln zwischen Familien kommt. CoVs, die im Laufe der Evolution beobachtet wurden.

In der vorliegenden Studie wurden zwischen 2010 und 2015 Mund- und Rektalabstriche sowie Kotpellets von Fledermäusen in allen chinesischen Provinzen gesammelt, darunter Anhui, Peking, Hainan, Hubei, Guangdong, Guangxi, Yunnan und andere. Die nichttödliche Probenahme erfolgte mithilfe von Nebelnetzen, wobei die Fledermäuse unmittelbar nach der Sammlung freigelassen wurden. Für die Barcode-Kennzeichnung mit Desoxyribonukleinsäure (DNA) wurden Flügelstanzen vorgenommen. Die Protokolle zum Umgang mit Fledermäusen entsprachen den Richtlinien des Institutional Animal Care and Use Committees (IACUC) der Tufts University und des Wuhan Institute of Virology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Die Proben wurden bei −80 Grad Celsius aufbewahrt.

Die RNA wurde mit dem High Pure Viral RNA Kit (Roche) extrahiert, und eine einstufige halbverschachtelte Reverse-Transkriptions-Polymerase-Kettenreaktion (RT-PCR) zielte auf das RNA-abhängige RNA-Polymerase-Gen (RdRp) für den CoV-Nachweis ab. PCR-Produkte wurden durch Klonen oder Barcodes sequenziert und bestätigt, um die Datenzuverlässigkeit sicherzustellen. Der Datensatz umfasste 589 neuartige Sequenzen und 616 aus der Genetic Sequence Database (GenBank) und der Global Initiative on Sharing Avian Influenza Data (GISAID).

Die Sequenzen wurden mithilfe der BEAST-Software (Bayesian Evolutionary Analysis Sampling Trees) abgeglichen und phylogenetisch analysiert. Basierend auf der Säugetiervielfalt wurden die Probenahmeorte in sechs zoogeografische Regionen eingeteilt. Die Vorfahrenstaaten für Wirtsfamilie, Gattung und Region wurden rekonstruiert und signifikante Wirts- oder Regionsübergänge mithilfe von Bayes-Faktoren bewertet. Die Studie erkennt an, dass der Rückgriff auf partielle RdRp-Sequenzen zwar effektiv ist, aber die Tiefe der phylogenetischen Analyse einschränkt und stark divergierende CoV-Varianten ausschließen kann.

Phylogenetische Diversitätsmetriken zeigten regionale und wirtsspezifische Muster der CoV-Diversität, wobei Mantel-Tests Zusammenhänge zwischen viraler genetischer Differenzierung, Wirtsphylogenie und geografischer Isolation hervorhoben.

Studienergebnisse

Insgesamt 589 Teilsequenzen des RdRp-Gens wurden aus in ganz China gesammelten Fledermaus-Rektalabstrichen generiert und mit 608 Fledermaus-CoV- und 8 Pangolin-CoV-Sequenzen aus öffentlichen Datenbanken, einschließlich der GenBank und GISAID, kombiniert. Es wurden zwei Datensätze erstellt: einer basierend auf Wirtstaxa und der andere auf Probenahmeorten, kategorisiert in sechs zoogeografische Regionen, die die Vielfalt der Säugetiere und nicht administrative Grenzen widerspiegeln. Zu diesen Regionen gehörten Südwesten (SW), Nord (NO), Zentral (CE), Süd (SO), Zentral-Nord (CN) und die Insel Hainan (HI).

Der Wirtsdatensatz enthielt 676 α-CoV-Sequenzen von 40 Fledermausarten und 503 β-CoV-Sequenzen von 29 Fledermausarten. Der geografische Datensatz umfasste Sequenzen aus 21 Provinzen für α-CoVs und 20 Provinzen für β-CoVs. Es wurden auch Analysen an zufälligen Teilmengen von Sequenzen durchgeführt, um Stichprobenverzerrungen zu reduzieren und eine einheitliche Darstellung sicherzustellen.

Phylogenetische Clusterbildung: Unter Fledermausfamilien wurde eine starke phylogenetische Clusterbildung mit unterschiedlichen Entwicklungsmustern in Süd- und Südwestchina festgestellt. Regionen wie die Insel Hainan zeigten eine einzigartige endemische CoV-Vielfalt.

Die bayesianische phylogenetische Analyse legte nahe, dass α-CoVs wahrscheinlich ihren Ursprung in haben Nashorn (Hufeisennase) und Vespertilionid (Abendfledermäuse) Arten, während β-CoVs damit in Verbindung gebracht wurden Vespertilionid Und Flugsaurier (Flughunde) Arten. Es wurden häufig artübergreifende Übertragungsereignisse beobachtet, wobei α-CoVs im Vergleich zu β-CoVs höhere Raten an Wirtswechseln zwischen Familien und Gattungen aufwiesen. Rhinolophidae und Miniopteridae (Langfingerfledermäuse) waren die häufigsten Spender für α-CoVs, wohingegen Rhinolophidae dominieren als Spender und Empfänger für β-CoVs.

Raumzeitliche Analysen ergaben signifikante Ausbreitungswege sowohl für α-CoVs als auch für β-CoVs innerhalb Chinas. Das SO entwickelte sich zu einem bedeutenden Zentrum der CoV-Migration mit den höchsten ausgehenden und eingehenden Bewegungen. α-CoVs zeigten höhere Migrationsraten als β-CoVs, wobei die SW- und HI-Regionen eine ausgeprägte endemische Diversität aufwiesen. Süd- und Südwestchina wurden während der Eiszeiten als Refugien identifiziert, was zur langfristigen Persistenz und Diversifizierung von Fledermaus-CoVs in diesen Regionen beitrug.

Die phylogenetische Clusterbildung, bewertet anhand der mittleren phylogenetischen Distanz (MPD) und der mittleren Entfernung zum nächsten Taxon (MNTD), zeigte eine starke Strukturierung zwischen Fledermausfamilien und zoogeografischen Regionen. Die SW- und HI-Regionen zeigten die höchste evolutionäre Unterscheidbarkeit für beide CoV-Gattungen. Mantel-Tests ergaben signifikante Korrelationen zwischen der genetischen Differenzierung und der geografischen Entfernung sowohl für α-CoVs als auch für β-CoVs, wobei β-CoVs auch Korrelationen mit der Phylogenie des Wirts zeigten.

Schlussfolgerungen

Die phylogenetische Analyse von CoVs von in China beprobten Fledermäusen ergab eine erhebliche Diversität: 11 von 17 Fledermausgattungen beherbergten sowohl α-CoVs als auch β-CoVs. SARS-CoV-2 stammt wahrscheinlich aus einer Gruppe von Viren, die in Hufeisennasen gefunden wurden (Rhinolophus spp.), vorwiegend in der Provinz Yunnan. Die Studie stellt jedoch fest, dass Einschränkungen bei der Probenahme und die Nähe der Sammelstellen zu internationalen Grenzen darauf hindeuten, dass Vorläuferviren auch aus Myanmar, Laos oder anderen Nachbarländern stammen könnten.

Die Ergebnisse verdeutlichen die dringende Notwendigkeit einer gezielten Überwachung in Südchina und Südostasien, wobei ein besonderer Schwerpunkt darauf liegt Rhinolophus Und Hipposideros Fledermäuse, die für artenübergreifende Übertragungsereignisse von zentraler Bedeutung sind. Die Studie betont auch, wie wichtig es ist, die biologischen Eigenschaften von α-CoVs zu verstehen, die ein höheres Wirtswechselpotenzial und ein höheres Zoonosenrisiko aufweisen als β-CoVs.

Quellen: