Zinātnieki identificē reģionus un sugas, kas veicina koronavīrusa attīstību sikspārņiem

Zinātnieki identificē reģionus un sugas, kas veicina koronavīrusa attīstību sikspārņiem

Zinātnieki iedziļinās sikspārņu dzīvotnēs un atklāj, kā koronavīrusi attīstās, migrē un lēkā starp sugām, atklājot pandēmijas izcelsmi un nākotnes riskus.

Pētījumā, kas nesen publicēts žurnālāDabas komunikācijaPētnieku grupa pētīja sikspārņu koronavīrusu (CoV) evolūciju, pārnešanu starp sugām un izplatību Ķīnā, identificēja evolūcijas daudzveidības karstos punktus un izsekoja smaga akūta respiratorā sindroma koronavīrusa 2 (SARS-CoV-2) pirmsākumiem.

fons

CoV ir ribonukleīnskābes vīrusi (RNS vīrusi), kas izraisa elpceļu un zarnu slimības cilvēkiem un dzīvniekiem, un visi cilvēkus inficējošie CoV ir zoonotiskas izcelsmes un bieži vien ir no sikspārņiem. To lielais genoma izmērs, augstie rekombinācijas rādītāji un genoma plastiskums veicina pārnešanu starp sugām un ātru adaptāciju, izraisot tādus uzliesmojumus kā SARS-CoV, Tuvo Austrumu respiratorā sindroma koronavīruss (MERS-CoV) un SARS-CoV-2. Sikspārņi, īpaši ģintsRhinolophussatur dažādus alfa-CoV (α-CoV) un beta-CoV (β-CoV) ar karstajiem punktiem tādos reģionos kā Ķīna, kur bagātīgā sikspārņu fauna un unikāla bioģeogrāfija palielina izplatīšanās risku. Pētījumā uzsvērts, ka šīs evolūcijas iezīmes apvienojumā ar Ķīnas dienvidu un dienvidrietumu ekoloģisko kontekstu padara šos reģionus īpaši svarīgus, lai izprastu CoV dinamiku. Lai izprastu zoonozes potenciālu un uzlabotu pandēmijas profilaksi, izmantojot mērķtiecīgas uzraudzības un sagatavotības stratēģijas, ir ļoti svarīgi veikt turpmākus pētījumus par sikspārņu CoV makroevolūciju un transmisijas dinamiku.

Par pētījumu

Saimnieka maiņas dinamika: Pētījumā atklājās, ka alfa koronavīrusiem (α-CoV) ir lielāka tieksme pārnēsāt starp dažādām sugām nekā beta koronavīrusiem (β-CoV), un α-CoV saimnieka maiņa starp ģimenēm notiek septiņas reizes biežāk. CoV novēroti visā evolūcijas laikā.

Šajā pētījumā no 2010. gada līdz 2015. gadam no sikspārņiem visās Ķīnas provincēs, tostarp Anhui, Pekinas, Hainaņas, Hubejas, Guandunas, Guansi, Junaņas un citās provincēs, tika savākti mutes un taisnās zarnas uztriepes un fekāliju granulas. Nenāvējošu paraugu ņemšanu veica tūlīt pēc savākšanas, izmantojot miglas tīklus. Spārnu sitieni tika veikti svītrkoda marķēšanai ar dezoksiribonukleīnskābi (DNS). Sikspārņu apstrādes protokoli bija saskaņā ar Tufts universitātes Institucionālās dzīvnieku aprūpes un lietošanas komitejas (IACUC) un Ķīnas Zinātņu akadēmijas Uhaņas Virusoloģijas institūta vadlīnijām. Paraugi tika uzglabāti -80 grādu temperatūrā pēc Celsija.

RNS tika ekstrahēts, izmantojot High Pure Viral RNA Kit (Roche), un vienpakāpes daļēji ligzdota reversās transkripcijas-polimerāzes ķēdes reakcija (RT-PCR) bija vērsta uz RNS atkarīgo RNS polimerāzes gēnu (RdRp) CoV noteikšanai. PCR produkti tika sekvencēti un apstiprināti ar klonēšanu vai svītrkodu, lai nodrošinātu datu ticamību. Datu kopa ietvēra 589 jaunas sekvences un 616 no ģenētisko secību datu bāzes (GenBank) un globālās putnu gripas datu kopīgošanas iniciatīvas (GISAID).

Sekvences tika izlīdzinātas un filoģenētiski analizētas, izmantojot BEAST (Bayesian Evolutionary Analysis Sampling Trees) programmatūru. Pamatojoties uz zīdītāju daudzveidību, paraugu ņemšanas vietas tika sadalītas sešos zooģeogrāfiskajos reģionos. Tika rekonstruēti saimniekģimenes, ģints un reģiona senču stāvokļi un tika novērtētas nozīmīgas saimnieka vai reģiona pārejas, izmantojot Bayes faktorus. Pētījumā atzīts, ka paļaušanās uz daļējām RdRp sekvencēm, lai arī tā ir efektīva, ierobežo filoģenētiskās analīzes dziļumu un var izslēgt ļoti atšķirīgus CoV variantus.

Filoģenētiskās daudzveidības metrika atklāja CoV daudzveidības reģionālos un saimniekspecifiskos modeļus, Mantela testos izceļot saiknes starp vīrusu ģenētisko diferenciāciju, saimnieka filoģenēzi un ģeogrāfisko izolāciju.

Studiju rezultāti

Kopumā 589 daļējas RdRp gēna sekvences tika ģenerētas no sikspārņu taisnās zarnas uztriepēm, kas savāktas visā Ķīnā un apvienotas ar 608 sikspārņu CoV un 8 pangolīna CoV sekvencēm no publiskām datu bāzēm, tostarp GenBank un GISAID. Tika izveidotas divas datu kopas: viena balstīta uz saimniektaksoniem, bet otra uz paraugu ņemšanas vietām, kas iedalītas sešos zooģeogrāfiskajos reģionos, kas atspoguļo zīdītāju daudzveidību un neadministratīvās robežas. Šajos reģionos ietilpa dienvidrietumi (DR), ziemeļi (ZA), centrālais (CE), dienvidi (DA), centrālais-ziemeļi (CN) un Hainanas sala (HI).

Saimnieka datu kopā bija 676 α-CoV sekvences no 40 sikspārņu sugām un 503 β-CoV sekvences no 29 sikspārņu sugām. Ģeogrāfiskā datu kopa ietvēra sekvences no 21 provinces α-CoV un 20 provinces β-CoV. Analīzes tika veiktas arī nejaušām secību apakškopām, lai samazinātu paraugu ņemšanas novirzes un nodrošinātu konsekventu attēlojumu.

Filoģenētiskā klasterizācija: Spēcīga filoģenētiskā klasterizācija tika konstatēta sikspārņu ģimenēs ar dažādiem attīstības modeļiem Ķīnas dienvidos un dienvidrietumos. Tādos reģionos kā Hainaņas sala bija unikāla endēmiska CoV daudzveidība.

Bajesa filoģenētiskā analīze liecināja, ka α-CoV, iespējams, radāsdegunradzis(pakavsikspārnis) unVespertilionīds(vakara sikspārņu) sugas, savukārt ar to ir saistītas β-CoVVespertilionīdsUnPterozauri(Lidojošās lapsas) sugas. Bieži tika novēroti transmisijas notikumi starp sugām, un α-CoV uzrādīja augstāku saimnieka maiņas ātrumu starp ģimenēm un ģintīm, salīdzinot ar β-CoV. Rhinolophidae un Miniopteridae (garpirkstu sikspārņi) bija visizplatītākie α-CoV donori, savukārtRhinolophidaedominē kā β-CoV donori un saņēmēji.

Telpiskā laika analīze atklāja nozīmīgus gan α-CoV, gan β-CoV izplatīšanās ceļus Ķīnā. SO kļuva par galveno CoV migrācijas centru ar vislielāko izejošo un ienākošo kustību. α-CoV uzrādīja augstāku migrācijas ātrumu nekā β-CoV, un SW un HI reģionos bija izteikta endēmiskā daudzveidība. Ķīnas dienvidu un dienvidrietumu daļa tika identificēta kā bēglis ledus laikmetā, veicinot sikspārņu CoV ilgstošu noturību un dažādošanu šajos reģionos.

Filoģenētiskā klasterizācija, kas novērtēta pēc vidējā filoģenētiskā attāluma (MPD) un vidējā attāluma līdz tuvākajam taksonam (MNTD), parādīja spēcīgu strukturēšanos starp sikspārņu ģimenēm un zooģeogrāfiskajiem reģioniem. SW un HI reģioni uzrādīja visaugstāko evolūcijas atšķirību abām CoV ģintīm. Mantela testi atklāja būtiskas korelācijas starp ģenētisko diferenciāciju un ģeogrāfisko attālumu gan α-CoV, gan β-CoV, un β-CoV arī parādīja korelācijas ar saimnieka filoģenēzi.

Secinājumi

Ķīnā ņemto sikspārņu CoV filoģenētiskā analīze atklāja ievērojamu daudzveidību: 11 no 17 sikspārņu ģintīm bija gan α-CoV, gan β-CoV. SARS-CoV-2, iespējams, nāk no vīrusu grupas, kas atrodama pakavsikspārņos (Rhinolophus spp.), galvenokārt Yunnan provincē. Tomēr pētījumā norādīts, ka ierobežojumi attiecībā uz paraugu ņemšanu un savākšanas vietu tuvums starptautiskajām robežām liecina, ka vīrusu prekursoru izcelsme varētu būt arī Mjanmā, Laosā vai citās kaimiņvalstīs.

Rezultāti liecina par steidzamu mērķtiecīgas uzraudzības nepieciešamību Ķīnas dienvidos un Dienvidaustrumāzijā, īpašu uzmanību pievēršot šim mērķim.RhinolophusUnHipposiderosSikspārņi, kuriem ir galvenā nozīme starpsugu transmisijas notikumos. Pētījumā arī uzsvērts, cik svarīgi ir izprast α-CoV bioloģiskās īpašības, kurām ir lielāks saimnieka maiņas potenciāls un zoonozes risks nekā β-CoV.

Avoti: