Οι επιστήμονες εντοπίζουν περιοχές και είδη που οδηγούν την εξέλιξη του κορωνοϊού στις νυχτερίδες

Οι επιστήμονες εντοπίζουν περιοχές και είδη που οδηγούν την εξέλιξη του κορωνοϊού στις νυχτερίδες

Οι επιστήμονες ερευνούν βαθιά τους βιότοπους νυχτερίδων και ανακαλύπτουν πώς οι κοροναϊοί εξελίσσονται, μεταναστεύουν και μεταπηδούν μεταξύ των ειδών, ρίχνοντας φως στην προέλευση της πανδημίας και στους μελλοντικούς κινδύνους.

Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικόΕπικοινωνία με τη φύσηΜια ομάδα ερευνητών εξέτασε την εξέλιξη, τη μετάδοση μεταξύ των ειδών και την εξάπλωση των κορωνοϊών νυχτερίδων (CoVs) στην Κίνα, εντόπισε εστίες εξελικτικής ποικιλομορφίας και εντόπισε την προέλευση του Σοβαρού Οξέος Αναπνευστικού Συνδρόμου Coronavirus 2 (SARS-CoV-2).

φόντο

Οι CoV είναι ιοί ριβονουκλεϊκού οξέος (RNA ιοί) που προκαλούν αναπνευστικές και εντερικές ασθένειες σε ανθρώπους και ζώα, με όλους τους ιούς που μολύνουν τον άνθρωπο να είναι ζωονοσογόνου προέλευσης και συχνά προέρχονται από νυχτερίδες. Το μεγάλο τους μέγεθος γονιδιώματος, τα υψηλά ποσοστά ανασυνδυασμού και η γονιδιωματική πλαστικότητα διευκολύνουν τη μετάδοση μεταξύ των ειδών και την ταχεία προσαρμογή, οδηγώντας σε κρούσματα όπως ο SARS-CoV, ο κορωνοϊός του αναπνευστικού συνδρόμου της Μέσης Ανατολής (MERS-CoV) και ο SARS-CoV-2. Νυχτερίδες, ειδικά γένοςΡινόλοφοςφιλοξενούν διαφορετικούς άλφα-CoVs (α-CoV) και βήτα-CoVs (β-CoV), με hotspots σε περιοχές όπως η Κίνα, όπου η πλούσια πανίδα νυχτερίδων και η μοναδική βιογεωγραφία αυξάνουν τον κίνδυνο διάχυσης. Η μελέτη υπογραμμίζει ότι αυτά τα εξελικτικά χαρακτηριστικά, σε συνδυασμό με το οικολογικό πλαίσιο της νότιας και νοτιοδυτικής Κίνας, καθιστούν αυτές τις περιοχές ιδιαίτερα σημαντικές για την κατανόηση της δυναμικής του CoV. Περαιτέρω έρευνα σχετικά με τη μακροεξέλιξη και τη δυναμική μετάδοσης του CoV των νυχτερίδων είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση του ζωονοσογόνου δυναμικού και τη βελτίωση της πρόληψης της πανδημίας μέσω στοχευμένων στρατηγικών επιτήρησης και ετοιμότητας.

Σχετικά με τη μελέτη

Δυναμική της εναλλαγής ξενιστή: Η μελέτη διαπίστωσε ότι οι άλφα κοροναϊοί (α-CoVs) έχουν μεγαλύτερη τάση για μετάδοση μεταξύ ειδών από τους βήτα κορωνοϊούς (β-CoVs), με τους α-CoV να αντιμετωπίζουν εναλλαγή ξενιστή μεταξύ οικογενειών επτά φορές πιο συχνά. CoVs που παρατηρήθηκαν σε όλη την εξέλιξη.

Στην παρούσα μελέτη, στοματικά και ορθικά επιχρίσματα και σφαιρίδια κοπράνων συλλέχθηκαν από νυχτερίδες σε όλες τις κινεζικές επαρχίες, συμπεριλαμβανομένων των Anhui, Beijing, Hainan, Hubei, Guangdong, Guangxi, Yunnan και άλλων, μεταξύ 2010 και 2015. Πραγματοποιήθηκαν μη θανατηφόρες δειγματοληψίες με συλλογή νυχτερίδων αμέσως μετά. Κατασκευάστηκαν πτερύγια για σήμανση γραμμωτού κώδικα με δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA). Τα πρωτόκολλα χειρισμού νυχτερίδων ήταν σύμφωνα με τις οδηγίες της Επιτροπής Ιδρυματικής Φροντίδας και Χρήσης Ζώων (IACUC) του Πανεπιστημίου Tufts και του Ινστιτούτου Ιολογίας της Γουχάν της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών. Τα δείγματα αποθηκεύτηκαν στους -80 βαθμούς Κελσίου.

Το RNA εκχυλίστηκε χρησιμοποιώντας το κιτ υψηλής καθαρότητας ιού RNA (Roche) και μια ημι-φωλιασμένη αλυσιδωτή αντίδραση ανάστροφης μεταγραφής-πολυμεράσης (RT-PCR) στόχευσε το εξαρτώμενο από RNA γονίδιο RNA πολυμεράσης (RdRp) για ανίχνευση CoV. Τα προϊόντα PCR αλληλουχήθηκαν και επιβεβαιώθηκαν με κλωνοποίηση ή γραμμωτό κώδικα για να εξασφαλιστεί η αξιοπιστία των δεδομένων. Το σύνολο δεδομένων περιελάμβανε 589 νέες αλληλουχίες και 616 από τη βάση δεδομένων γενετικής ακολουθίας (GenBank) και την Παγκόσμια Πρωτοβουλία για την Κοινή χρήση Δεδομένων Γρίπης των Πτηνών (GISAID).

Οι αλληλουχίες ευθυγραμμίστηκαν και αναλύθηκαν φυλογενετικά χρησιμοποιώντας το λογισμικό BEAST (Bayesian Evolutionary Analysis Sampling Trees). Με βάση την ποικιλότητα των θηλαστικών, οι τοποθεσίες δειγματοληψίας χωρίστηκαν σε έξι ζωογεωγραφικές περιοχές. Οι προγονικές πολιτείες για την οικογένεια, το γένος και την περιοχή ξενιστή ανακατασκευάστηκαν και αξιολογήθηκαν σημαντικές μεταβάσεις ξενιστή ή περιοχής χρησιμοποιώντας παράγοντες Bayes. Η μελέτη αναγνωρίζει ότι η στήριξη σε μερικές αλληλουχίες RdRp, ενώ είναι αποτελεσματική, περιορίζει το βάθος της φυλογενετικής ανάλυσης και μπορεί να αποκλείσει εξαιρετικά αποκλίνουσες παραλλαγές CoV.

Οι μετρήσεις φυλογενετικής ποικιλότητας αποκάλυψαν περιφερειακά και ειδικά μοτίβα της ποικιλότητας του CoV, με τα τεστ Mantel να υπογραμμίζουν τις συνδέσεις μεταξύ της γενετικής διαφοροποίησης του ιού, της φυλογένεσης του ξενιστή και της γεωγραφικής απομόνωσης.

Αποτελέσματα μελέτης

Συνολικά 589 μερικές αλληλουχίες του γονιδίου RdRp δημιουργήθηκαν από επιχρίσματα ορθού νυχτερίδας που συλλέχθηκαν σε ολόκληρη την Κίνα και συνδυάστηκαν με αλληλουχίες CoV 608 νυχτερίδων και 8 πανγκολίνου CoV από δημόσιες βάσεις δεδομένων, συμπεριλαμβανομένων των GenBank και GISAID. Δημιουργήθηκαν δύο σύνολα δεδομένων: το ένα με βάση τα taxa του ξενιστή και το άλλο σε τοποθεσίες δειγματοληψίας, κατηγοριοποιημένες σε έξι ζωογεωγραφικές περιοχές που αντικατοπτρίζουν την ποικιλότητα των θηλαστικών και τα μη διοικητικά όρια. Αυτές οι περιοχές περιελάμβαναν τα νοτιοδυτικά (ΝΔ), τα βόρεια (ΒΑ), τα κεντρικά (CE), τα νότια (ΝΑ), τα κεντρικά βόρεια (CN) και το νησί Χαϊνάν (HI).

Το σύνολο δεδομένων ξενιστή περιείχε 676 αλληλουχίες α-CoV από 40 είδη νυχτερίδων και 503 αλληλουχίες β-CoV από 29 είδη νυχτερίδων. Το γεωγραφικό σύνολο δεδομένων περιελάμβανε ακολουθίες από 21 επαρχίες για α-CoV και 20 επαρχίες για β-CoV. Πραγματοποιήθηκαν επίσης αναλύσεις σε τυχαία υποσύνολα αλληλουχιών για να μειωθεί η μεροληψία δειγματοληψίας και να διασφαλιστεί η συνεπής αναπαράσταση.

Φυλογενετική ομαδοποίηση: Ισχυρή φυλογενετική ομαδοποίηση βρέθηκε σε οικογένειες νυχτερίδων με διαφορετικά αναπτυξιακά πρότυπα στη νότια και νοτιοδυτική Κίνα. Περιοχές όπως το νησί Χαϊνάν παρουσίασαν μοναδική ενδημική ποικιλότητα CoV.

Η φυλογενετική ανάλυση Bayes έδειξε ότι οι α-CoV πιθανότατα προέρχονται απόρινόκερος(πέταλο ρόπαλο) καιΒεσπερτιλιονίδη(βραδινές νυχτερίδες), ενώ οι β-CoV έχουν συνδεθεί με αυτόΒεσπερτιλιονίδηΚαιΠτερόσαυροι(Ιπτάμενες αλεπούδες) είδη. Συμβάντα μετάδοσης μεταξύ ειδών παρατηρήθηκαν συχνά, με τους α-CoV να παρουσιάζουν υψηλότερα ποσοστά εναλλαγής ξενιστών μεταξύ οικογενειών και γενών σε σύγκριση με τους β-CoV. Οι Rhinolophidae και Miniopteridae (νυχτερίδες με μακριά δάχτυλα) ήταν οι πιο συνηθισμένοι δότες α-CoVs, ενώRhinolophidaeκυριαρχούν ως δότες και λήπτες για β-CoV.

Οι χωροχρονικές αναλύσεις αποκάλυψαν σημαντικές οδούς διάδοσης τόσο για τους α-CoV όσο και για τους β-CoVs εντός της Κίνας. Το SO αναδείχθηκε ως σημαντικό κέντρο μετανάστευσης του CoV με τις υψηλότερες εξερχόμενες και εισερχόμενες κινήσεις. Οι α-CoV έδειξαν υψηλότερα ποσοστά μετανάστευσης από τους β-CoV, με τις περιοχές SW και HI να παρουσιάζουν έντονη ενδημική ποικιλομορφία. Η νότια και νοτιοδυτική Κίνα αναγνωρίστηκαν ως καταφύγια κατά τη διάρκεια των εποχών των παγετώνων, συμβάλλοντας στη μακροπρόθεσμη διατήρηση και διαφοροποίηση των CoV των νυχτερίδων σε αυτές τις περιοχές.

Η φυλογενετική ομαδοποίηση, που αξιολογήθηκε με τη μέση φυλογενετική απόσταση (MPD) και τη μέση απόσταση από την πλησιέστερη ταξινομική τάξη (MNTD), έδειξε ισχυρή δομή μεταξύ των οικογενειών των νυχτερίδων και των ζωογεωγραφικών περιοχών. Οι περιοχές SW και HI έδειξαν την υψηλότερη εξελικτική διαφοροποίηση και για τα δύο γένη CoV. Οι δοκιμές Mantel αποκάλυψαν σημαντικές συσχετίσεις μεταξύ της γενετικής διαφοροποίησης και της γεωγραφικής απόστασης τόσο για τους α-CoV όσο και για τους β-CoV, με τους β-CoV να δείχνουν επίσης συσχετίσεις με τη φυλογένεση του ξενιστή.

συμπεράσματα

Η φυλογενετική ανάλυση των CoVs από νυχτερίδες που ελήφθησαν δείγμα στην Κίνα αποκάλυψε σημαντική ποικιλομορφία: 11 από τα 17 γένη νυχτερίδων φιλοξενούσαν και α-CoVs και β-CoVs. Ο SARS-CoV-2 πιθανότατα προέρχεται από μια ομάδα ιών που βρίσκονται σε νυχτερίδες πέταλου (Rhinolophus spp.), κυρίως στην επαρχία Γιουνάν. Ωστόσο, η μελέτη σημειώνει ότι οι περιορισμοί στη δειγματοληψία και η εγγύτητα των τόπων συλλογής στα διεθνή σύνορα υποδηλώνουν ότι οι πρόδρομοι ιοί θα μπορούσαν επίσης να προέρχονται από τη Μιανμάρ, το Λάος ή άλλες γειτονικές χώρες.

Τα αποτελέσματα υπογραμμίζουν την επείγουσα ανάγκη για στοχευμένη επιτήρηση στη νότια Κίνα και τη Νοτιοανατολική Ασία, με ιδιαίτερη έμφαση σε αυτόΡινόλοφοςΚαιΙπποσίδεροςΝυχτερίδες, οι οποίες είναι κεντρικές σε εκδηλώσεις μετάδοσης μεταξύ ειδών. Η μελέτη υπογραμμίζει επίσης τη σημασία της κατανόησης των βιολογικών ιδιοτήτων των α-CoV, οι οποίοι έχουν υψηλότερο δυναμικό αλλαγής ξενιστή και ζωονοσογόνο κίνδυνο από τους β-CoV.

Πηγές: