Forskere identifiserer regioner og arter som driver utviklingen av koronaviruset hos flaggermus

Forskere identifiserer regioner og arter som driver utviklingen av koronaviruset hos flaggermus

Forskere dykker dypt inn i flaggermushabitater og oppdager hvordan koronavirus utvikler seg, migrerer og hopper mellom arter, og kaster lys over opprinnelsen til pandemien og fremtidige risikoer.

I en studie nylig publisert i tidsskriftetNaturkommunikasjonEn gruppe forskere undersøkte evolusjonen, overføringen på tvers av arter og spredningen av flaggermuskoronavirus (CoVs) i Kina, identifiserte hotspots av evolusjonært mangfold og sporet opprinnelsen til det alvorlige akutte respiratoriske syndromet Coronavirus 2 (SARS-CoV-2).

bakgrunn

CoVs er ribonukleinsyrevirus (RNA-virus) som forårsaker luftveis- og tarmsykdommer hos mennesker og dyr, der alle menneskesmittende CoVs er av zoonotisk opprinnelse og kommer ofte fra flaggermus. Deres store genomstørrelse, høye rekombinasjonshastigheter og genomiske plastisitet letter overføring på tvers av arter og rask tilpasning, noe som fører til utbrudd som SARS-CoV, Midtøsten Respiratory Syndrome Coronavirus (MERS-CoV) og SARS-CoV-2. Flaggermus, spesielt slektRhinolophushar ulike alfa-CoV-er (α-CoV) og beta-CoV-er (β-CoV), med hotspots i regioner som Kina, hvor rik flaggermusfauna og unik biogeografi øker risikoen for spillover. Studien fremhever at disse evolusjonære trekkene, kombinert med den økologiske konteksten i det sørlige og sørvestlige Kina, gjør disse regionene spesielt viktige for å forstå CoV-dynamikken. Ytterligere forskning på makroevolusjonen og overføringsdynamikken til flaggermus CoV er avgjørende for å forstå det zoonotiske potensialet og forbedre pandemiforebygging gjennom målrettede overvåkings- og beredskapsstrategier.

Om studiet

Dynamikk ved vertsbytte: Studien fant at alfa-koronavirus (α-CoVs) har en høyere tilbøyelighet til overføring mellom arter enn beta-koronavirus (β-CoVs), med α-CoV-er som opplever vertsbytte mellom familier syv ganger hyppigere. CoVs observert gjennom evolusjonen.

I denne studien ble orale og rektale vattpinner og fekale pellets samlet inn fra flaggermus i alle kinesiske provinser, inkludert Anhui, Beijing, Hainan, Hubei, Guangdong, Guangxi, Yunnan og andre, mellom 2010 og 2015. Ikke-dødelige prøvetaking ble utført ved bruk av tåkenett, med flaggermus sluppet ut umiddelbart etter innsamling. Vingestanser ble laget for strekkodemerking med deoksyribonukleinsyre (DNA). Flaggermushåndteringsprotokoller var i samsvar med retningslinjene fra Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) ved Tufts University og Wuhan Institute of Virology ved Chinese Academy of Sciences. Prøvene ble lagret ved -80 grader Celsius.

RNA ble ekstrahert ved bruk av High Pure Viral RNA Kit (Roche), og en ett-trinns semi-nested revers transkripsjon-polymerasekjedereaksjon (RT-PCR) målrettet det RNA-avhengige RNA-polymerasegenet (RdRp) for CoV-deteksjon. PCR-produkter ble sekvensert og bekreftet ved kloning eller strekkoding for å sikre datapålitelighet. Datasettet inkluderte 589 nye sekvenser og 616 fra Genetic Sequence Database (GenBank) og Global Initiative on Sharing Avian Influenza Data (GISAID).

Sekvenser ble justert og fylogenetisk analysert ved å bruke BEAST (Bayesian Evolutionary Analysis Sampling Trees) programvare. Basert på mangfoldet av pattedyr ble prøvetakingssteder delt inn i seks zoogeografiske regioner. Forfedrestatene for vertsfamilie, slekt og region ble rekonstruert og signifikante verts- eller regionoverganger ble vurdert ved bruk av Bayes-faktorer. Studien anerkjenner at å stole på delvise RdRp-sekvenser, selv om de er effektive, begrenser dybden av fylogenetisk analyse og kan utelukke svært divergerende CoV-varianter.

Fylogenetiske mangfoldsmålinger avslørte regionale og vertsspesifikke mønstre av CoV-mangfold, med Mantel-tester som fremhevet sammenhenger mellom viral genetisk differensiering, vertsfylogeni og geografisk isolasjon.

Studieresultater

Totalt 589 partielle sekvenser av RdRp-genet ble generert fra flaggermus-rektale vattpinner samlet over hele Kina og kombinert med 608 bat CoV og 8 pangolin CoV-sekvenser fra offentlige databaser inkludert GenBank og GISAID. To datasett ble opprettet: ett basert på vertstaxa og det andre på prøvetakingssteder, kategorisert i seks zoogeografiske regioner som gjenspeiler pattedyrs mangfold og ikke-administrative grenser. Disse regionene inkluderte sørvest (SW), nord (NE), sentral (CE), sør (SE), sentral-nord (CN) og Hainan Island (HI).

Vertsdatasettet inneholdt 676 α-CoV-sekvenser fra 40 flaggermusarter og 503 β-CoV-sekvenser fra 29 flaggermusarter. Det geografiske datasettet inkluderte sekvenser fra 21 provinser for α-CoVs og 20 provinser for β-CoVs. Analyser ble også utført på tilfeldige delsett av sekvenser for å redusere prøvetakingsskjevhet og sikre konsistent representasjon.

Fylogenetisk clustering: Sterk fylogenetisk clustering ble funnet blant flaggermusfamilier med ulike utviklingsmønstre i det sørlige og sørvestlige Kina. Regioner som Hainan Island viste unikt endemisk CoV-mangfold.

Bayesiansk fylogenetisk analyse antydet at α-CoV sannsynligvis oppsto ineshorn(hestesko flaggermus) ogVespertilionid(kveldflaggermus) arter, mens β-CoV-er har blitt knyttet til denVespertilionidOgPterosaurer(Flyende rev) arter. Overføringshendelser på tvers av arter ble ofte observert, med α-CoV-er som viste høyere forekomst av vertsbytte mellom familier og slekter sammenlignet med β-CoV-er. Rhinolophidae og Miniopteridae (langfingrede flaggermus) var de vanligste giverne av α-CoVs, mensRhinolophidaedominerer som givere og mottakere for β-CoVs.

Spatiotemporale analyser avslørte betydelige forplantningsveier for både α-CoVs og β-CoVs i Kina. SO dukket opp som et viktig senter for CoV-migrering med de høyeste utgående og inngående bevegelsene. α-CoVs viste høyere migrasjonshastigheter enn β-CoVs, med SW- og HI-regionene som viste uttalt endemisk mangfold. Det sørlige og sørvestlige Kina ble identifisert som refugia under istidene, noe som bidro til langsiktig utholdenhet og diversifisering av flaggermus CoVs i disse regionene.

Fylogenetisk gruppering, vurdert ved gjennomsnittlig fylogenetisk avstand (MPD) og gjennomsnittlig avstand til nærmeste takson (MNTD), viste sterk strukturering mellom flaggermusfamilier og zoogeografiske regioner. SW- og HI-regionene viste den høyeste evolusjonære distinktheten for begge CoV-slektene. Manteltester avslørte signifikante korrelasjoner mellom genetisk differensiering og geografisk avstand for både α-CoVs og β-CoVs, med β-CoVs som også viste korrelasjoner med vertsfylogeni.

Konklusjoner

Fylogenetisk analyse av CoVs fra flaggermus tatt i Kina avslørte betydelig mangfold: 11 av 17 flaggermus-slekter inneholdt både α-CoVs og β-CoVs. SARS-CoV-2 kommer sannsynligvis fra en gruppe virus funnet i hesteskoflaggermus (Rhinolophus spp.), hovedsakelig i Yunnan-provinsen. Studien bemerker imidlertid at restriksjoner på prøvetaking og nærhet til innsamlingssteder til internasjonale grenser tyder på at forløpervirus også kan ha sin opprinnelse i Myanmar, Laos eller andre naboland.

Resultatene fremhever det presserende behovet for målrettet overvåking i Sør-Kina og Sørøst-Asia, med særlig fokus på detteRhinolophusOgHipposiderosFlaggermus, som er sentrale i overføringshendelser på tvers av arter. Studien understreker også viktigheten av å forstå de biologiske egenskapene til α-CoV-er, som har høyere vertsbyttepotensial og zoonotisk risiko enn β-CoV-er.

Kilder: