Forskere identificerer regioner og arter, der driver coronavirus-udviklingen hos flagermus

Forskere identificerer regioner og arter, der driver coronavirus-udviklingen hos flagermus

Forskere dykker dybt ned i flagermus-habitater og opdager, hvordan coronavirus udvikler sig, migrerer og springer mellem arter og kaster lys over pandemiens oprindelse og fremtidige risici.

I en undersøgelse for nylig offentliggjort i tidsskriftetNaturkommunikationEn gruppe forskere undersøgte udviklingen, transmissionen på tværs af arter og spredningen af ​​flagermus-coronavirus (CoV'er) i Kina, identificerede hotspots af evolutionær mangfoldighed og sporede oprindelsen af ​​det alvorlige akutte respiratoriske syndrom Coronavirus 2 (SARS-CoV-2).

baggrund

CoV'er er ribonukleinsyrevirus (RNA-vira), der forårsager luftvejs- og tarmsygdomme hos mennesker og dyr, hvor alle menneskeinficerede CoV'er er af zoonotisk oprindelse og stammer ofte fra flagermus. Deres store genomstørrelse, høje rekombinationshastigheder og genomiske plasticitet letter transmission på tværs af arter og hurtige tilpasning, hvilket fører til udbrud som SARS-CoV, Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus (MERS-CoV) og SARS-CoV-2. Flagermus, især slægtenRhinolophusrummer forskellige alfa-CoV'er (α-CoV) og beta-CoV'er (β-CoV), med hotspots i regioner som Kina, hvor rig flagermusfauna og unik biogeografi øger risikoen for afsmitning. Undersøgelsen fremhæver, at disse evolutionære træk, kombineret med den økologiske kontekst i det sydlige og sydvestlige Kina, gør disse regioner særligt vigtige for at forstå CoV-dynamikken. Yderligere forskning i makroevolutionen og transmissionsdynamikken af ​​flagermus CoV er afgørende for at forstå det zoonotiske potentiale og forbedre pandemiforebyggelsen gennem målrettede overvågnings- og beredskabsstrategier.

Om studiet

Dynamik ved værtsskifte: Undersøgelsen viste, at alfa-coronavirus (α-CoV'er) har en højere tilbøjelighed til overførsel på tværs af arter end beta-coronavirus (β-CoV'er), hvor α-CoV'er oplever værtsskifte mellem familier syv gange hyppigere. CoV'er observeret gennem hele evolutionen.

I denne undersøgelse blev orale og rektale podninger og fækale pellets indsamlet fra flagermus i alle kinesiske provinser, inklusive Anhui, Beijing, Hainan, Hubei, Guangdong, Guangxi, Yunnan og andre, mellem 2010 og 2015. Ikke-dødelig prøveudtagning blev udført ved hjælp af tågenet, med flagermus frigivet umiddelbart efter indsamling. Vingestanser blev lavet til stregkodemærkning med deoxyribonukleinsyre (DNA). Flagermushåndteringsprotokoller var i overensstemmelse med retningslinjerne fra Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) fra Tufts University og Wuhan Institute of Virology fra det kinesiske videnskabsakademi. Prøverne blev opbevaret ved -80 grader Celsius.

RNA blev ekstraheret ved hjælp af High Pure Viral RNA Kit (Roche), og en et-trins semi-nested revers transkription-polymerase-kædereaktion (RT-PCR) målrettede det RNA-afhængige RNA-polymerasegen (RdRp) til CoV-detektion. PCR-produkter blev sekventeret og bekræftet ved kloning eller stregkodning for at sikre datapålidelighed. Datasættet omfattede 589 nye sekvenser og 616 fra Genetic Sequence Database (GenBank) og Global Initiative on Sharing Avian Influenza Data (GISAID).

Sekvenser blev justeret og fylogenetisk analyseret ved hjælp af BEAST (Bayesian Evolutionary Analysis Sampling Trees) software. Baseret på pattedyrs mangfoldighed blev prøvetagningssteder opdelt i seks zoogeografiske regioner. De forfædres stater for værtsfamilie, slægt og region blev rekonstrueret, og signifikante værts- eller regionovergange blev vurderet ved hjælp af Bayes-faktorer. Undersøgelsen erkender, at afhængighed af partielle RdRp-sekvenser, selvom de er effektive, begrænser dybden af ​​fylogenetisk analyse og kan udelukke stærkt divergerende CoV-varianter.

Fylogenetiske diversitetsmålinger afslørede regionale og værtsspecifikke mønstre af CoV-diversitet, hvor Mantel-tests fremhævede forbindelser mellem viral genetisk differentiering, værtsfylogeni og geografisk isolation.

Studieresultater

I alt 589 partielle sekvenser af RdRp-genet blev genereret fra flagermus rektale podninger indsamlet over hele Kina og kombineret med 608 flagermus CoV og 8 pangolin CoV-sekvenser fra offentlige databaser inklusive GenBank og GISAID. To datasæt blev oprettet: et baseret på værtstaxa og det andet på prøveudtagningssteder, kategoriseret i seks zoogeografiske regioner, der afspejler pattedyrs mangfoldighed og ikke-administrative grænser. Disse regioner omfattede sydvest (SW), nord (NE), central (CE), syd (SE), central-nord (CN) og Hainan Island (HI).

Værtsdatasættet indeholdt 676 α-CoV-sekvenser fra 40 flagermusarter og 503 β-CoV-sekvenser fra 29 flagermusarter. Det geografiske datasæt inkluderede sekvenser fra 21 provinser for α-CoV'er og 20 provinser for β-CoV'er. Analyser blev også udført på tilfældige undersæt af sekvenser for at reducere prøveudtagningsbias og sikre ensartet repræsentation.

Fylogenetisk clustering: Stærk fylogenetisk clustering blev fundet blandt flagermusfamilier med forskellige udviklingsmønstre i det sydlige og sydvestlige Kina. Regioner som Hainan Island viste enestående endemisk CoV-diversitet.

Bayesiansk fylogenetisk analyse antydede, at α-CoV'er sandsynligvis stammer franæsehorn(hestesko flagermus) ogVespertilionid(aftenflagermus) arter, mens β-CoV'er er blevet knyttet til denVespertilionidOgPterosaurer(Flyvende ræve) arter. Overførselsbegivenheder på tværs af arter blev hyppigt observeret, hvor α-CoV'er udviste højere hastigheder for værtsskifte mellem familier og slægter sammenlignet med β-CoV'er. Rhinolophidae og Miniopteridae (langfingrede flagermus) var de mest almindelige donorer af α-CoV'er, hvorimodRhinolophidaedominerer som donorer og modtagere for β-CoV'er.

Spatiotemporale analyser afslørede signifikante formeringsveje for både α-CoV'er og β-CoV'er i Kina. SO'en opstod som et vigtigt center for CoV-migrering med de højeste udgående og indgående bevægelser. α-CoV'er viste højere migrationshastigheder end β-CoV'er, hvor SW- og HI-regionerne viste udtalt endemisk diversitet. Det sydlige og sydvestlige Kina blev identificeret som refugia under istiderne, hvilket bidrager til langsigtet persistens og diversificering af flagermus CoV'er i disse regioner.

Fylogenetisk clustering, vurderet ved middel fylogenetisk afstand (MPD) og middelafstand til nærmeste taxon (MNTD), viste stærk strukturering mellem flagermusfamilier og zoogeografiske regioner. SW- og HI-regionerne viste den højeste evolutionære distinkthed for begge CoV-slægter. Manteltest afslørede signifikante korrelationer mellem genetisk differentiering og geografisk afstand for både α-CoV'er og β-CoV'er, hvor β-CoV'er også viste korrelationer med værtsfylogeni.

Konklusioner

Fylogenetisk analyse af CoV'er fra flagermus udtaget i Kina afslørede betydelig diversitet: 11 ud af 17 flagermus-slægter husede både α-CoV'er og β-CoV'er. SARS-CoV-2 kommer sandsynligvis fra en gruppe af vira fundet i hesteskoflagermus (Rhinolophus spp.), hovedsageligt i Yunnan-provinsen. Undersøgelsen bemærker dog, at restriktioner for prøveudtagning og indsamlingssteders nærhed til internationale grænser tyder på, at precursorvirus også kunne have oprindelse i Myanmar, Laos eller andre nabolande.

Resultaterne fremhæver det presserende behov for målrettet overvågning i det sydlige Kina og Sydøstasien med særligt fokus på detteRhinolophusOgHipposiderosFlagermus, som er centrale for transmissionsbegivenheder på tværs af arter. Undersøgelsen understreger også vigtigheden af ​​at forstå de biologiske egenskaber af α-CoV'er, som har højere værtsskiftepotentiale og zoonotisk risiko end β-CoV'er.

Kilder: