Gli scienziati identificano le regioni e le specie che guidano l’evoluzione del coronavirus nei pipistrelli

Gli scienziati identificano le regioni e le specie che guidano l’evoluzione del coronavirus nei pipistrelli

Gli scienziati stanno scavando in profondità negli habitat dei pipistrelli e scoprendo come i coronavirus si evolvono, migrano e saltano da una specie all’altra, facendo luce sulle origini della pandemia e sui rischi futuri.

In uno studio recentemente pubblicato sulla rivistaComunicazione della naturaUn gruppo di ricercatori ha esaminato l’evoluzione, la trasmissione tra specie e la diffusione dei coronavirus dei pipistrelli (CoV) in Cina, ha identificato i punti caldi della diversità evolutiva e ha tracciato le origini della sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2).

sfondo

I CoV sono virus dell’acido ribonucleico (virus RNA) che causano malattie respiratorie e intestinali nell’uomo e negli animali; tutti i CoV che infettano l’uomo sono di origine zoonotica e spesso provengono da pipistrelli. Le grandi dimensioni del loro genoma, gli alti tassi di ricombinazione e la plasticità genomica facilitano la trasmissione tra specie e il rapido adattamento, portando a epidemie come SARS-CoV, sindrome respiratoria mediorientale da coronavirus (MERS-CoV) e SARS-CoV-2. Pipistrelli, in particolare genereRinolofoospitano diversi alfa-CoV (α-CoV) e beta-CoV (β-CoV), con punti caldi in regioni come la Cina, dove la ricca fauna di pipistrelli e la biogeografia unica aumentano il rischio di spillover. Lo studio evidenzia che queste caratteristiche evolutive, combinate con il contesto ecologico della Cina meridionale e sudoccidentale, rendono queste regioni particolarmente importanti per comprendere le dinamiche del CoV. Ulteriori ricerche sulla macroevoluzione e sulle dinamiche di trasmissione del CoV dei pipistrelli sono cruciali per comprendere il potenziale zoonotico e migliorare la prevenzione della pandemia attraverso strategie mirate di sorveglianza e preparazione.

A proposito dello studio

Dinamica del cambio di ospite: lo studio ha scoperto che gli alfa coronavirus (α-CoV) hanno una maggiore propensione alla trasmissione tra specie rispetto ai beta coronavirus (β-CoV), con gli α-CoV che sperimentano il cambio di ospite tra famiglie sette volte più frequentemente. CoV osservati durante l’evoluzione.

Nel presente studio, tamponi orali e rettali e pellet fecali sono stati raccolti da pipistrelli in tutte le province cinesi, tra cui Anhui, Pechino, Hainan, Hubei, Guangdong, Guangxi, Yunnan e altre, tra il 2010 e il 2015. Il campionamento non letale è stato effettuato utilizzando reti nebulizzate, con i pipistrelli rilasciati immediatamente dopo la raccolta. Sono stati realizzati punzoni ad ala per la marcatura di codici a barre con acido desossiribonucleico (DNA). I protocolli di manipolazione dei pipistrelli erano conformi alle linee guida del Comitato istituzionale per la cura e l'uso degli animali (IACUC) della Tufts University e del Wuhan Institute of Virology dell'Accademia cinese delle scienze. I campioni sono stati conservati a -80 gradi Celsius.

L’RNA è stato estratto utilizzando il kit High Pure Viral RNA (Roche) e una reazione a catena della trascrizione-polimerasi inversa semi-nidificata in un unico passaggio (RT-PCR) ha preso di mira il gene della RNA polimerasi RNA-dipendente (RdRp) per il rilevamento del CoV. I prodotti della PCR sono stati sequenziati e confermati mediante clonazione o codice a barre per garantire l'affidabilità dei dati. Il set di dati includeva 589 nuove sequenze e 616 dal database di sequenze genetiche (GenBank) e dalla Global Initiative on Sharing Avian Influenza Data (GISAID).

Le sequenze sono state allineate e analizzate filogeneticamente utilizzando il software BEAST (Bayesian Evolutionary Analysis Sampling Trees). In base alla diversità dei mammiferi, i luoghi di campionamento sono stati divisi in sei regioni zoogeografiche. Gli stati ancestrali della famiglia ospitante, del genere e della regione sono stati ricostruiti e le transizioni significative dell'ospite o della regione sono state valutate utilizzando i fattori di Bayes. Lo studio riconosce che fare affidamento su sequenze RdRp parziali, sebbene efficace, limita la profondità dell’analisi filogenetica e può escludere varianti CoV altamente divergenti.

Le metriche della diversità filogenetica hanno rivelato modelli regionali e specifici dell’ospite della diversità CoV, con i test Mantel che hanno evidenziato le connessioni tra la differenziazione genetica virale, la filogenesi dell’ospite e l’isolamento geografico.

Risultati dello studio

Un totale di 589 sequenze parziali del gene RdRp sono state generate da tamponi rettali di pipistrello raccolti in tutta la Cina e combinati con 608 sequenze CoV di pipistrello e 8 sequenze CoV di pangolino provenienti da database pubblici tra cui GenBank e GISAID. Sono stati creati due set di dati: uno basato sui taxa ospiti e l'altro sui luoghi di campionamento, classificati in sei regioni zoogeografiche che riflettono la diversità dei mammiferi e i confini non amministrativi. Queste regioni includevano sud-ovest (SW), nord (NE), centro (CE), sud (SE), centro-nord (CN) e l'isola di Hainan (HI).

Il set di dati dell’ospite conteneva 676 sequenze α-CoV di 40 specie di pipistrelli e 503 sequenze β-CoV di 29 specie di pipistrelli. Il set di dati geografici includeva sequenze di 21 province per α-CoV e 20 province per β-CoV. Sono state eseguite analisi anche su sottoinsiemi casuali di sequenze per ridurre le distorsioni del campionamento e garantire una rappresentazione coerente.

Raggruppamento filogenetico: è stato riscontrato un forte raggruppamento filogenetico tra le famiglie di pipistrelli con diversi modelli di sviluppo nella Cina meridionale e sudoccidentale. Regioni come l’isola di Hainan hanno mostrato una diversità CoV endemica unica.

L’analisi filogenetica bayesiana ha suggerito che gli α-CoV probabilmente hanno avuto origine inrinoceronte(mazza ferro di cavallo) eVespertilionide(pipistrelli della sera), mentre i β-CoV sono stati collegati ad essaVespertilionideEPterosauri(Volpi volanti) specie. Sono stati osservati frequentemente eventi di trasmissione tra specie, con gli α-CoV che hanno mostrato tassi più elevati di cambio di ospite tra famiglie e generi rispetto ai β-CoV. Rhinolophidae e Miniopteridae (pipistrelli dalle dita lunghe) erano i donatori più comuni di α-CoV, mentreRinolofididominano come donatori e riceventi di β-CoV.

Le analisi spaziotemporali hanno rivelato vie di propagazione significative sia per gli α-CoV che per i β-CoV in Cina. La SO è emersa come un importante centro di migrazione CoV con i più elevati movimenti in uscita e in entrata. Gli α-CoV hanno mostrato tassi di migrazione più elevati rispetto ai β-CoV, con le regioni SW e HI che hanno mostrato una pronunciata diversità endemica. La Cina meridionale e sudoccidentale è stata identificata come rifugio durante le ere glaciali, contribuendo alla persistenza e alla diversificazione a lungo termine dei CoV dei pipistrelli in queste regioni.

Il clustering filogenetico, valutato mediante la distanza filogenetica media (MPD) e la distanza media dal taxon più vicino (MNTD), ha mostrato una forte strutturazione tra famiglie di pipistrelli e regioni zoogeografiche. Le regioni SW e HI hanno mostrato la più alta distinzione evolutiva per entrambi i generi CoV. I test Mantel hanno rivelato correlazioni significative tra differenziazione genetica e distanza geografica sia per α-CoV che per β-CoV, con i β-CoV che mostrano anche correlazioni con la filogenesi dell’ospite.

Conclusioni

L’analisi filogenetica dei CoV dei pipistrelli campionati in Cina ha rivelato una diversità significativa: 11 generi di pipistrelli su 17 ospitavano sia α-CoV che β-CoV. SARS-CoV-2 probabilmente proviene da un gruppo di virus presenti nei pipistrelli ferro di cavallo (Rhinolophus spp.), principalmente nella provincia dello Yunnan. Tuttavia, lo studio rileva che le restrizioni sul campionamento e la vicinanza dei siti di raccolta ai confini internazionali suggeriscono che i virus precursori potrebbero aver avuto origine anche in Myanmar, Laos o altri paesi vicini.

I risultati evidenziano l’urgente necessità di una sorveglianza mirata nella Cina meridionale e nel sud-est asiatico, con particolare attenzione a questo aspettoRinolofoEIpposideriPipistrelli, che sono fondamentali per gli eventi di trasmissione tra specie. Lo studio sottolinea inoltre l’importanza di comprendere le proprietà biologiche degli α-CoV, che hanno un potenziale di cambio di ospite e un rischio zoonotico più elevati rispetto ai β-CoV.

Fonti: