Учените идентифицират региони и видове, движещи еволюцията на коронавируса при прилепите

Учените идентифицират региони и видове, движещи еволюцията на коронавируса при прилепите

Учените се задълбочават в местообитанията на прилепите и откриват как коронавирусите се развиват, мигрират и прескачат между видовете, хвърляйки светлина върху произхода на пандемията и бъдещите рискове.

В проучване, публикувано наскоро в спОбщуване с природатаГрупа изследователи изследваха еволюцията, междувидовото предаване и разпространението на коронавирусите на прилепи (CoV) в Китай, идентифицираха горещи точки на еволюционно разнообразие и проследиха произхода на Коронавирус 2 на тежкия остър респираторен синдром (SARS-CoV-2).

фон

CoV са вируси на рибонуклеинова киселина (РНК вируси), които причиняват респираторни и чревни заболявания при хора и животни, като всички CoV, заразяващи човека, са от зоонотичен произход и често произлизат от прилепи. Големият им размер на генома, високите нива на рекомбинация и геномната пластичност улесняват междувидовото предаване и бързата адаптация, което води до огнища като SARS-CoV, коронавирус на респираторния синдром в Близкия изток (MERS-CoV) и SARS-CoV-2. Прилепите, особено родРинолофусприютяват разнообразни алфа-CoV (α-CoV) и бета-CoV (β-CoV), с горещи точки в региони като Китай, където богатата фауна на прилепите и уникалната биогеография увеличават риска от разпространение. Проучването подчертава, че тези еволюционни характеристики, съчетани с екологичния контекст на Южен и Югозападен Китай, правят тези региони особено важни за разбирането на динамиката на CoV. По-нататъшните изследвания на макроеволюцията и динамиката на предаване на CoV на прилепите са от решаващо значение за разбирането на зоонозния потенциал и подобряването на превенцията на пандемията чрез целенасочено наблюдение и стратегии за готовност.

Относно изследването

Динамика на смяната на гостоприемника: Проучването установи, че алфа коронавирусите (α-CoV) имат по-голяма склонност към междувидово предаване, отколкото бета коронавирусите (β-CoV), като α-CoV претърпяват смяна на гостоприемник между семейства седем пъти по-често. CoV, наблюдавани през цялата еволюция.

В настоящото проучване орални и ректални тампони и фекални пелети бяха събрани от прилепи във всички китайски провинции, включително Анхуей, Пекин, Хайнан, Хубей, Гуандун, Гуанси, Юнан и други, между 2010 и 2015 г. Несмъртоносни проби бяха извършени с помощта на мрежи за мъгла, като прилепите бяха освободени веднага след събирането. Направени са перфоратори с крила за маркиране на баркод с дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК). Протоколите за боравене с прилепите са в съответствие с насоките на Институционалния комитет за грижа и използване на животните (IACUC) на университета Tufts и Института по вирусология на Ухан към Китайската академия на науките. Пробите се съхраняват при -80 градуса по Целзий.

РНК се екстрахира с помощта на High Pure Viral RNA Kit (Roche) и едноетапна полувложена обратна транскрипция-полимеразна верижна реакция (RT-PCR) насочва към РНК-зависимия РНК полимеразен ген (RdRp) за откриване на CoV. PCR продуктите бяха секвенирани и потвърдени чрез клониране или баркодиране, за да се гарантира надеждността на данните. Наборът от данни включва 589 нови последователности и 616 от базата данни за генетични последователности (GenBank) и Глобалната инициатива за споделяне на данни за птичия грип (GISAID).

Последователностите бяха подравнени и филогенетично анализирани с помощта на софтуера BEAST (Bayesian Evolutionary Analysis Sampling Trees). Въз основа на разнообразието на бозайниците, местата за вземане на проби бяха разделени на шест зоогеографски региона. Състоянията на предците за приемно семейство, род и регион бяха реконструирани и значителни преходи на гостоприемник или регион бяха оценени с помощта на фактори на Bayes. Проучването признава, че разчитането на частични RdRp последователности, макар и ефективно, ограничава дълбочината на филогенетичния анализ и може да изключи силно различаващи се варианти на CoV.

Показателите за филогенетично разнообразие разкриват регионални и специфични за гостоприемника модели на разнообразие на CoV, като тестовете на Mantel подчертават връзките между генетичната диференциация на вируса, филогенезата на гостоприемника и географската изолация.

Резултати от изследването

Общо 589 частични последователности на гена RdRp бяха генерирани от ректални тампони на прилепи, събрани в цял Китай и комбинирани с 608 CoV последователности на прилепи и 8 CoV панголини от публични бази данни, включително GenBank и GISAID. Бяха създадени два набора от данни: единият въз основа на таксони гостоприемници, а другият на места за вземане на проби, категоризирани в шест зоогеографски региона, отразяващи разнообразието на бозайниците и неадминистративните граници. Тези региони включват югозапад (SW), север (NE), централен (CE), юг (SE), централно-север (CN) и остров Хайнан (HI).

Наборът от данни на хоста съдържаше 676 α-CoV последователности от 40 вида прилепи и 503 β-CoV последователности от 29 вида прилепи. Географският набор от данни включва последователности от 21 провинции за α-CoV и 20 провинции за β-CoV. Бяха извършени и анализи на произволни подмножества от последователности, за да се намали отклонението при вземане на проби и да се осигури последователно представяне.

Филогенетично групиране: Установено е силно филогенетично групиране сред семейства прилепи с различни модели на развитие в Южен и Югозападен Китай. Региони като остров Хайнан показаха уникално ендемично CoV разнообразие.

Байесовият филогенетичен анализ предполага, че α-CoV вероятно произхождат относорог(подковонос) иВеспертилионид(вечерни прилепи), докато β-CoV са свързани с негоВеспертилионидИПтерозаври(летящи лисици) видове. Често се наблюдават събития на междувидово предаване, като α-CoV показват по-високи нива на смяна на гостоприемник между семейства и родове в сравнение с β-CoV. Rhinolophidae и Miniopteridae (прилепи с дълги пръсти) са най-честите донори на α-CoV, докатоRhinolophidaeдоминират като донори и реципиенти за β-CoV.

Пространствено-времевите анализи разкриха значителни пътища за разпространение както на α-CoV, така и на β-CoV в Китай. SO се очертава като основен център на CoV миграция с най-високи изходящи и входящи движения. α-CoV показват по-високи нива на миграция от β-CoV, като SW и HI регионите показват изразено ендемично разнообразие. Южен и югозападен Китай бяха идентифицирани като рефугиум по време на ледниковите периоди, допринасяйки за дългосрочното запазване и диверсификация на CoV на прилепите в тези региони.

Филогенетичното групиране, оценено чрез средно филогенетично разстояние (MPD) и средно разстояние до най-близкия таксон (MNTD), показва силно структуриране между семействата на прилепите и зоогеографските региони. Регионите SW и HI показват най-висока еволюционна разлика и за двата CoV рода. Тестовете на Mantel разкриват значителни корелации между генетичната диференциация и географското разстояние както за α-CoV, така и за β-CoV, като β-CoV също показват корелации с филогенезата на гостоприемника.

Изводи

Филогенетичният анализ на CoV от прилепи, взети в Китай, разкрива значително разнообразие: 11 от 17 рода прилепи съдържат както α-CoV, така и β-CoV. SARS-CoV-2 вероятно идва от група вируси, открити в подковоносните прилепи (Rhinolophus spp.), главно в провинция Юнан. Проучването обаче отбелязва, че ограниченията върху вземането на проби и близостта на местата за събиране до международните граници предполагат, че прекурсорните вируси също могат да произхождат от Мианмар, Лаос или други съседни страни.

Резултатите подчертават спешната нужда от целенасочено наблюдение в Южен Китай и Югоизточна Азия, със специален акцент върху товаРинолофусИХипосидеросПрилепите, които са централни за събитията на предаване между видовете. Проучването също така подчертава значението на разбирането на биологичните свойства на α-CoV, които имат по-висок потенциал за смяна на гостоприемника и зоонозен риск от β-CoV.

източници: