Naukowcy identyfikują regiony i gatunki odpowiedzialne za ewolucję koronawirusów u nietoperzy

Naukowcy identyfikują regiony i gatunki odpowiedzialne za ewolucję koronawirusów u nietoperzy

Naukowcy zagłębiają się w siedliska nietoperzy i odkrywają, w jaki sposób koronawirusy ewoluują, migrują i przeskakują między gatunkami, rzucając światło na pochodzenie pandemii i przyszłe zagrożenia.

W badaniu opublikowanym niedawno w czasopiśmieKomunikacja przyrodniczaGrupa naukowców zbadała ewolucję, przenoszenie międzygatunkowe i rozprzestrzenianie się koronawirusów nietoperzy (CoV) w Chinach, zidentyfikowała gorące punkty różnorodności ewolucyjnej i prześledziła pochodzenie wirusa korona 2 (SARS-CoV-2) z zespołem ciężkiej ostrej niewydolności oddechowej.

tło

CoV to wirusy kwasu rybonukleinowego (wirusy RNA), które powodują choroby układu oddechowego i jelit u ludzi i zwierząt, przy czym wszystkie CoV zakażające ludzi mają pochodzenie odzwierzęce i często pochodzą od nietoperzy. Ich duży rozmiar genomu, wysokie współczynniki rekombinacji i plastyczność genomu ułatwiają przenoszenie międzygatunkowe i szybką adaptację, co prowadzi do epidemii takich jak SARS-CoV, koronawirus bliskowschodniego zespołu oddechowego (MERS-CoV) i SARS-CoV-2. Nietoperze, zwłaszcza rodzajNosorożecsą siedliskiem różnorodnych alfa-CoV (α-CoV) i beta-CoV (β-CoV), a ich hotspoty znajdują się w regionach takich jak Chiny, gdzie bogata fauna nietoperzy i wyjątkowa biogeografia zwiększają ryzyko rozprzestrzeniania się wirusa. W badaniu podkreślono, że te cechy ewolucyjne w połączeniu z kontekstem ekologicznym południowych i południowo-zachodnich Chin sprawiają, że regiony te są szczególnie ważne dla zrozumienia dynamiki CoV. Dalsze badania nad makroewolucją i dynamiką przenoszenia CoV nietoperzy mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia potencjału odzwierzęcego i poprawy zapobiegania pandemii poprzez ukierunkowane strategie nadzoru i gotowości.

O badaniu

Dynamika przełączania żywicieli: Badanie wykazało, że koronawirusy alfa (α-CoV) mają większą skłonność do przenoszenia międzygatunkowego niż koronawirusy beta (β-CoV), przy czym w przypadku α-CoV zmiany żywicieli między rodzinami występują siedem razy częściej. CoV obserwowane podczas ewolucji.

W niniejszym badaniu pobrano wymazy z jamy ustnej i odbytnicy oraz granulki kału od nietoperzy we wszystkich chińskich prowincjach, w tym Anhui, Pekin, Hainan, Hubei, Guangdong, Guangxi, Yunnan i innych, w latach 2010–2015. Pobieranie próbek w sposób nieśmiercionośny przeprowadzono przy użyciu sieci mgłowych, a nietoperze wypuszczano natychmiast po pobraniu. Wykonano stemple skrzydełkowe do znakowania kodów kreskowych kwasem dezoksyrybonukleinowym (DNA). Protokoły postępowania z nietoperzami były zgodne z wytycznymi Instytucjonalnego Komitetu ds. Opieki i Wykorzystywania Zwierząt (IACUC) Uniwersytetu Tufts oraz Instytutu Wirusologii w Wuhan Chińskiej Akademii Nauk. Próbki przechowywano w temperaturze -80 stopni Celsjusza.

RNA ekstrahowano przy użyciu zestawu High Pure Viral RNA Kit (Roche), a jednoetapowa, częściowo zagnieżdżona reakcja łańcuchowa polimerazy z odwrotną transkrypcją (RT-PCR) ukierunkowana była na gen polimerazy RNA zależnej od RNA (RdRp) w celu wykrycia CoV. Produkty PCR zsekwencjonowano i potwierdzono przez klonowanie lub kodowanie kreskowe, aby zapewnić wiarygodność danych. Zbiór danych obejmował 589 nowych sekwencji i 616 z bazy danych sekwencji genetycznych (GenBank) i Globalnej inicjatywy na rzecz udostępniania danych na temat ptasiej grypy (GISAID).

Sekwencje dopasowano i poddano analizie filogenetycznej przy użyciu oprogramowania BEAST (Bayesian Evolutionary Analysis Sampling Trees). W oparciu o różnorodność ssaków miejsca pobierania próbek podzielono na sześć regionów zoogeograficznych. Zrekonstruowano stany przodków rodziny żywicielskiej, rodzaju i regionu oraz oceniono znaczące zmiany żywicieli lub regionów przy użyciu współczynników Bayesa. W badaniu uznano, że poleganie na częściowych sekwencjach RdRp, choć skuteczne, ogranicza głębokość analizy filogenetycznej i może wykluczać bardzo rozbieżne warianty CoV.

Wskaźniki różnorodności filogenetycznej ujawniły regionalne i specyficzne dla gospodarza wzorce różnorodności CoV, przy czym testy Mantel podkreśliły powiązania między zróżnicowaniem genetycznym wirusa, filogenezą żywiciela i izolacją geograficzną.

Wyniki badań

Z wymazów z odbytu nietoperzy pobranych w całych Chinach wygenerowano łącznie 589 częściowych sekwencji genu RdRp i połączono z 608 sekwencjami CoV nietoperza i 8 sekwencjami CoV łuskowców z publicznych baz danych, w tym GenBank i GISAID. Utworzono dwa zbiory danych: jeden oparty na taksonach żywicielskich, a drugi na lokalizacjach pobierania próbek, podzielonych na sześć regionów zoogeograficznych odzwierciedlających różnorodność ssaków i granice pozaadministracyjne. Regiony te obejmowały południowy zachód (SW), północ (NE), środkowy (CE), południe (SE), środkowo-północny (CN) i wyspę Hainan (HI).

Zbiór danych gospodarza zawierał 676 sekwencji α-CoV z 40 gatunków nietoperzy i 503 sekwencje β-CoV z 29 gatunków nietoperzy. Zbiór danych geograficznych obejmował sekwencje z 21 prowincji dla α-CoV i 20 prowincji dla β-CoV. Przeprowadzono także analizy losowych podzbiorów sekwencji, aby zmniejszyć błąd próbkowania i zapewnić spójną reprezentację.

Grupowanie filogenetyczne: Silne skupienie filogenetyczne stwierdzono wśród rodzin nietoperzy o różnych wzorcach rozwojowych w południowych i południowo-zachodnich Chinach. Regiony takie jak wyspa Hainan wykazały wyjątkową różnorodność endemicznego wirusa CoV.

Analiza filogenetyczna Bayesa sugeruje, że α-CoV prawdopodobnie pochodzi znosorożec(podkowiec) iWespertylionid(nietoperze wieczorne), natomiast powiązano z nim β-CoVWespertylionidIPterozaury(Latające lisy). Często obserwowano przypadki przenoszenia międzygatunkowego, przy czym α-CoV wykazywały wyższy współczynnik zmiany żywicieli między rodzinami i rodzajami w porównaniu z β-CoV. Najczęstszymi dawcami α-CoV były Rhinolophidae i Miniopteridae (nietoperze długopalczaste), natomiastRhinolophidaedominują jako dawcy i biorcy β-CoV.

Analizy czasoprzestrzenne ujawniły istotne trasy rozprzestrzeniania się zarówno α-CoV, jak i β-CoV w Chinach. SO okazało się głównym ośrodkiem migracji CoV z największą liczbą ruchów wychodzących i przychodzących. α-CoV wykazywały wyższe wskaźniki migracji niż β-CoV, przy czym regiony SW i HI wykazywały wyraźną różnorodność endemiczną. Południowe i południowo-zachodnie Chiny uznano za ostoje w epoce lodowcowej, co przyczyniło się do długoterminowego utrzymywania się i dywersyfikacji CoV nietoperzy w tych regionach.

Grupowanie filogenetyczne, oceniane na podstawie średniej odległości filogenetycznej (MPD) i średniej odległości do najbliższego taksonu (MNTD), wykazało silną strukturę między rodzinami nietoperzy a regionami zoogeograficznymi. Regiony SW i HI wykazały największą odrębność ewolucyjną dla obu rodzajów CoV. Testy Mantela wykazały istotne korelacje między zróżnicowaniem genetycznym a odległością geograficzną zarówno w przypadku α-CoV, jak i β-CoV, przy czym β-CoV wykazały również korelacje z filogenezą żywiciela.

Wnioski

Analiza filogenetyczna CoV od nietoperzy pobranych w Chinach wykazała znaczną różnorodność: 11 z 17 rodzajów nietoperzy było siedliskiem zarówno α-CoV, jak i β-CoV. SARS-CoV-2 prawdopodobnie pochodzi z grupy wirusów występujących u podkowców (Rhinolophus spp.), głównie w prowincji Yunnan. W badaniu zauważono jednak, że ograniczenia dotyczące pobierania próbek i bliskość miejsc pobierania do granic międzynarodowych sugerują, że wirusy prekursorowe mogły również pochodzić z Birmy, Laosu lub innych krajów sąsiadujących.

Wyniki podkreślają pilną potrzebę ukierunkowanego nadzoru w południowych Chinach i Azji Południowo-Wschodniej, ze szczególnym uwzględnieniem tej kwestiiNosorożecIHipposiderosNietoperze, które odgrywają kluczową rolę w zdarzeniach przenoszenia międzygatunkowego. Badanie podkreśla również znaczenie zrozumienia właściwości biologicznych α-CoV, które mają większy potencjał zmiany żywiciela i ryzyko odzwierzęce niż β-CoV.

Źródła: