Vědci identifikují oblasti a druhy, které řídí vývoj koronaviru u netopýrů

Vědci identifikují oblasti a druhy, které řídí vývoj koronaviru u netopýrů

Vědci se ponoří hluboko do netopýrů a zjišťují, jak se koronaviry vyvíjejí, migrují a přeskakují mezi druhy, čímž objasňují původ pandemie a budoucí rizika.

Ve studii nedávno zveřejněné v časopiseKomunikace přírodySkupina výzkumníků zkoumala evoluci, mezidruhový přenos a šíření netopýřích koronavirů (CoV) v Číně, identifikovala ohniska evoluční rozmanitosti a vystopovala původ těžkého akutního respiračního syndromu Coronavirus 2 (SARS-CoV-2).

pozadí

CoV jsou viry ribonukleové kyseliny (RNA viry), které způsobují respirační a střevní onemocnění u lidí a zvířat, přičemž všechny CoV infikující člověka jsou zoonotického původu a často pocházejí z netopýrů. Jejich velká velikost genomu, vysoká míra rekombinace a plasticita genomu usnadňují mezidruhový přenos a rychlou adaptaci, což vede k propuknutí onemocnění, jako je SARS-CoV, koronavirus blízkovýchodního respiračního syndromu (MERS-CoV) a SARS-CoV-2. Netopýři, zejména rodRhinolophusukrývají různé alfa-CoV (α-CoV) a beta-CoV (β-CoV), s hotspoty v oblastech, jako je Čína, kde bohatá fauna netopýrů a jedinečná biogeografie zvyšují riziko přelévání. Studie zdůrazňuje, že tyto evoluční rysy v kombinaci s ekologickým kontextem jižní a jihozápadní Číny činí tyto regiony zvláště důležité pro pochopení dynamiky CoV. Další výzkum makroevoluce a dynamiky přenosu netopýřího CoV je zásadní pro pochopení zoonotického potenciálu a pro zlepšení prevence pandemie prostřednictvím cíleného dohledu a strategií připravenosti.

O studiu

Dynamika změny hostitele: Studie zjistila, že alfa koronaviry (α-CoV) mají vyšší sklon k mezidruhovému přenosu než beta koronaviry (β-CoVs), přičemž α-CoV zažívají změnu hostitele mezi rodinami sedmkrát častěji. CoV pozorované v průběhu evoluce.

V této studii byly v letech 2010 až 2015 odebrány orální a rektální výtěry a fekální pelety od netopýrů ve všech čínských provinciích, včetně Anhui, Pekingu, Hainanu, Chu-pej, Guangdongu, Guangxi, Yunnan a dalších. Neletální odběry byly provedeny pomocí mlhových sítí, přičemž netopýři byli vypuštěni ihned po odběru. Křídlové razníky byly vyrobeny pro značení čárovým kódem deoxyribonukleovou kyselinou (DNA). Protokoly pro zacházení s netopýry byly v souladu s pokyny Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) Tufts University a Wuhanského virologického institutu Čínské akademie věd. Vzorky byly skladovány při -80 stupních Celsia.

RNA byla extrahována pomocí High Pure Viral RNA Kit (Roche) a jednokroková semi-nested reverzní transkripce-polymerázová řetězová reakce (RT-PCR) zacílila na RNA-dependentní RNA polymerázový gen (RdRp) pro detekci CoV. Produkty PCR byly sekvenovány a potvrzeny klonováním nebo čárovým kódem, aby byla zajištěna spolehlivost dat. Soubor dat zahrnoval 589 nových sekvencí a 616 z databáze genetických sekvencí (GenBank) a Globální iniciativy pro sdílení dat o ptačí chřipce (GISAID).

Sekvence byly porovnány a fylogeneticky analyzovány pomocí softwaru BEAST (Bayesian Evolutionary Analysis Sampling Trees). Na základě diverzity savců byla místa odběru rozdělena do šesti zoogeografických oblastí. Stavy předků pro hostitelskou rodinu, rod a region byly rekonstruovány a významné přechody mezi hostiteli nebo regiony byly hodnoceny pomocí Bayesových faktorů. Studie uznává, že spoléhání se na částečné sekvence RdRp, přestože je účinné, omezuje hloubku fylogenetické analýzy a může vyloučit vysoce odlišné varianty CoV.

Metriky fylogenetické diverzity odhalily regionální a hostitelsky specifické vzorce diverzity CoV, přičemž Mantelovy testy zdůrazňovaly souvislosti mezi virovou genetickou diferenciací, hostitelskou fylogenezí a geografickou izolací.

Výsledky studie

Celkem 589 dílčích sekvencí genu RdRp bylo vytvořeno z netopýřích rektálních výtěrů odebraných v Číně a zkombinovaných s 608 netopýřími CoV a 8 pangolinovými CoV sekvencemi z veřejných databází včetně GenBank a GISAID. Byly vytvořeny dva soubory dat: jeden založený na hostitelských taxonech a druhý na vzorkovacích lokalitách, kategorizovaných do šesti zoogeografických oblastí odrážejících diverzitu savců a neadministrativní hranice. Tyto regiony zahrnovaly jihozápad (SW), sever (NE), střední (CE), jih (SE), střed-sever (CN) a ostrov Hainan (HI).

Hostitelský soubor dat obsahoval 676 sekvencí α-CoV od 40 druhů netopýrů a 503 sekvencí β-CoV od 29 druhů netopýrů. Soubor geografických dat zahrnoval sekvence z 21 provincií pro α-CoV a 20 provincií pro β-CoV. Analýzy byly také prováděny na náhodných podskupinách sekvencí, aby se snížilo zkreslení vzorku a zajistilo se konzistentní zobrazení.

Fylogenetické shlukování: Silné fylogenetické shlukování bylo zjištěno u rodin netopýrů s různými vývojovými vzory v jižní a jihozápadní Číně. Regiony, jako je ostrov Hainan, vykazovaly jedinečnou endemickou rozmanitost CoV.

Bayesovská fylogenetická analýza naznačila, že α-CoV pravděpodobně pocházejí znosorožec(vrápenec) aVespertilionid(večerní netopýři) druhy, zatímco β-CoV s ním byly spojenyVespertilionidAPterosauři(Létající lišky) druhy. Často byly pozorovány události mezidruhového přenosu, přičemž a-CoV vykazovaly vyšší míru změny hostitele mezi rodinami a rody ve srovnání s β-CoV. Rhinolophidae a Miniopteridae (netopýři dlouhoprstí) byli nejčastějšími dárci α-CoV, zatímcoRhinolophidaedominují jako dárci a příjemci β-CoV.

Časoprostorové analýzy odhalily významné cesty šíření α-CoV i β-CoV v Číně. SO se ukázalo jako hlavní centrum migrace CoV s nejvyššími odchozími a příchozími pohyby. α-CoV vykazovaly vyšší míru migrace než β-CoV, přičemž oblasti SW a HI vykazovaly výraznou endemickou diverzitu. Jižní a jihozápadní Čína byla v dobách ledových identifikována jako útočiště, což přispělo k dlouhodobému přetrvávání a diverzifikaci netopýřích CoV v těchto regionech.

Fylogenetické shlukování, hodnocené střední fylogenetickou vzdáleností (MPD) a střední vzdáleností k nejbližšímu taxonu (MNTD), vykazovalo silnou strukturu mezi rodinami netopýrů a zoogeografickými oblastmi. Oblasti SW a HI vykazovaly nejvyšší evoluční odlišnost pro oba rody CoV. Testy pláště odhalily významné korelace mezi genetickou diferenciací a geografickou vzdáleností pro α-CoV i β-CoV, přičemž β-CoV také vykazovaly korelace s fylogenezí hostitele.

Závěry

Fylogenetická analýza CoV od netopýrů odebraných v Číně odhalila významnou rozmanitost: 11 ze 17 rodů netopýrů obsahovalo jak α-CoV, tak β-CoV. SARS-CoV-2 pravděpodobně pochází ze skupiny virů nalezených u vrápenců (Rhinolophus spp.), hlavně v provincii Yunnan. Studie však uvádí, že omezení odběru vzorků a blízkost sběrných míst k mezinárodním hranicím naznačují, že prekurzorové viry mohly také pocházet z Myanmaru, Laosu nebo jiných sousedních zemí.

Výsledky zdůrazňují naléhavou potřebu cíleného sledování v jižní Číně a jihovýchodní Asii, se zvláštním zaměřením na totoRhinolophusAHipposiderosNetopýři, kteří jsou ústředním prvkem mezidruhových přenosových událostí. Studie také zdůrazňuje důležitost pochopení biologických vlastností α-CoV, které mají vyšší potenciál změny hostitele a zoonotické riziko než β-CoV.

Zdroje: