Vedci identifikujú regióny a druhy, ktoré riadia vývoj koronavírusu u netopierov

Vedci identifikujú regióny a druhy, ktoré riadia vývoj koronavírusu u netopierov

Vedci sa ponoria hlboko do biotopov netopierov a zisťujú, ako sa koronavírusy vyvíjajú, migrujú a preskakujú medzi druhmi, čím objasňujú pôvod pandémie a budúce riziká.

V štúdii nedávno publikovanej v časopiseKomunikácia prírodySkupina výskumníkov skúmala evolúciu, medzidruhový prenos a šírenie netopierích koronavírusov (CoV) v Číne, identifikovala ohniská evolučnej rozmanitosti a vystopovala pôvod závažného akútneho respiračného syndrómu Coronavirus 2 (SARS-CoV-2).

pozadia

CoV sú vírusy ribonukleovej kyseliny (RNA vírusy), ktoré spôsobujú respiračné a črevné ochorenia u ľudí a zvierat, pričom všetky CoV infikujúce človeka sú zoonotického pôvodu a často pochádzajú z netopierov. Ich veľká veľkosť genómu, vysoká miera rekombinácie a genómová plasticita uľahčujú medzidruhový prenos a rýchlu adaptáciu, čo vedie k prepuknutiu choroby, ako je SARS-CoV, koronavírus s respiračným syndrómom na Blízkom východe (MERS-CoV) a SARS-CoV-2. Netopiere, najmä rodRhinolophusukrývajú rôzne alfa-CoV (α-CoV) a beta-CoV (β-CoV), s hotspotmi v regiónoch ako Čína, kde bohatá fauna netopierov a jedinečná biogeografia zvyšujú riziko preliatia. Štúdia zdôrazňuje, že tieto evolučné črty v kombinácii s ekologickým kontextom južnej a juhozápadnej Číny robia tieto regióny obzvlášť dôležitými pre pochopenie dynamiky CoV. Ďalší výskum makroevolúcie a dynamiky prenosu netopierov CoV je kľúčový na pochopenie zoonotického potenciálu a zlepšenie prevencie pandémie prostredníctvom cieleného dohľadu a stratégií pripravenosti.

O štúdiu

Dynamika prepínania hostiteľov: Štúdia zistila, že alfa koronavírusy (α-CoV) majú vyšší sklon k medzidruhovému prenosu ako beta koronavírusy (β-CoV), pričom α-CoV zažívajú striedanie hostiteľov medzi rodinami sedemkrát častejšie. CoV pozorované počas evolúcie.

V tejto štúdii boli v rokoch 2010 až 2015 odobraté orálne a rektálne výtery a fekálne pelety od netopierov vo všetkých čínskych provinciách vrátane Anhui, Pekingu, Hainanu, Hubei, Guangdong, Guangxi, Yunnan a ďalších. Krídlové dierovače boli vyrobené na označenie čiarovým kódom s deoxyribonukleovou kyselinou (DNA). Protokoly zaobchádzania s netopiermi boli v súlade s usmerneniami Inštitucionálneho výboru pre starostlivosť o zvieratá a ich používanie (IACUC) Tufts University a Wuhanského virologického inštitútu Čínskej akadémie vied. Vzorky boli skladované pri -80 stupňoch Celzia.

RNA sa extrahovala pomocou súpravy High Pure Viral RNA Kit (Roche) a jednokroková semi-nested reverzná transkripcia-polymerázová reťazová reakcia (RT-PCR) sa zamerala na gén RNA-dependentnej RNA polymerázy (RdRp) na detekciu CoV. Produkty PCR boli sekvenované a potvrdené klonovaním alebo čiarovým kódom, aby sa zabezpečila spoľahlivosť údajov. Súbor údajov obsahoval 589 nových sekvencií a 616 z databázy genetických sekvencií (GenBank) a globálnej iniciatívy pre zdieľanie údajov o vtáčej chrípke (GISAID).

Sekvencie boli zarovnané a fylogeneticky analyzované pomocou softvéru BEAST (Bayesian Evolutionary Analysis Sampling Trees). Na základe diverzity cicavcov boli odberné miesta rozdelené do šiestich zoogeografických oblastí. Pôvodné štáty pre hostiteľskú rodinu, rod a región boli zrekonštruované a významné prechody hostiteľa alebo regiónu boli hodnotené pomocou Bayesových faktorov. Štúdia uznáva, že spoliehanie sa na čiastočné sekvencie RdRp, hoci je účinné, obmedzuje hĺbku fylogenetickej analýzy a môže vylúčiť vysoko divergentné varianty CoV.

Metriky fylogenetickej diverzity odhalili regionálne a hostiteľovo špecifické vzory diverzity CoV, pričom testy Mantel zdôrazňovali súvislosti medzi vírusovou genetickou diferenciáciou, fylogenézou hostiteľa a geografickou izoláciou.

Výsledky štúdie

Celkom 589 čiastočných sekvencií génu RdRp bolo vytvorených z netopierích rektálnych výterov zozbieraných v Číne a kombinovaných so 608 netopierími CoV a 8 pangolínovými CoV sekvenciami z verejných databáz vrátane GenBank a GISAID. Boli vytvorené dva súbory údajov: jeden založený na hostiteľských taxónoch a druhý na miestach odberu vzoriek, kategorizovaných do šiestich zoogeografických oblastí odrážajúcich rozmanitosť cicavcov a neadministratívne hranice. Tieto regióny zahŕňali juhozápad (SW), sever (NE), stred (CE), juh (SE), stred-sever (CN) a ostrov Hainan (HI).

Súbor hostiteľských údajov obsahoval 676 sekvencií α-CoV zo 40 druhov netopierov a 503 sekvencií β-CoV z 29 druhov netopierov. Súbor geografických údajov obsahoval sekvencie z 21 provincií pre α-CoV a 20 provincií pre β-CoV. Analýzy sa uskutočňovali aj na náhodných podskupinách sekvencií, aby sa znížila odchýlka pri odbere vzoriek a zabezpečila sa konzistentná reprezentácia.

Fylogenetické zhlukovanie: Silné fylogenetické zhlukovanie sa zistilo medzi rodinami netopierov s rôznymi vývojovými vzormi v južnej a juhozápadnej Číne. Regióny ako ostrov Hainan vykazovali jedinečnú endemickú diverzitu CoV.

Bayesovská fylogenetická analýza naznačila, že a-CoV pravdepodobne pochádzajú znosorožec(podkovár) aVespertilionid(večerné netopiere), zatiaľ čo β-CoV sú s ním spojenéVespertilionidAPterosaury(lietajúce líšky) druhy. Často sa pozorovali udalosti medzidruhového prenosu, pričom α-CoV vykazovali vyššiu mieru prepínania hostiteľov medzi rodinami a rodmi v porovnaní s β-CoV. Rhinolophidae a Miniopteridae (dlhoprsté netopiere) boli najčastejšími darcami α-CoV, zatiaľ čoRhinolophidaedominujú ako darcovia a príjemcovia β-CoV.

Časopriestorové analýzy odhalili významné cesty šírenia α-CoV aj β-CoV v Číne. SO sa objavil ako hlavné centrum migrácie CoV s najvyšším odchádzajúce a prichádzajúce pohyby. α-CoV vykazovali vyššiu mieru migrácie ako β-CoV, pričom oblasti SW a HI vykazovali výraznú endemickú diverzitu. Južná a juhozápadná Čína bola identifikovaná ako útočisko počas doby ľadovej, čo prispelo k dlhodobému pretrvávaniu a diverzifikácii netopierov CoV v týchto regiónoch.

Fylogenetické zhlukovanie, hodnotené strednou fylogenetickou vzdialenosťou (MPD) a priemernou vzdialenosťou k najbližšiemu taxónu (MNTD), ukázalo silné štruktúrovanie medzi rodinami netopierov a zoogeografickými oblasťami. Oblasti SW a HI vykazovali najvyššiu evolučnú odlišnosť pre oba rody CoV. Testy mantelu odhalili významné korelácie medzi genetickou diferenciáciou a geografickou vzdialenosťou pre α-CoV aj β-CoV, pričom β-CoV tiež vykazovali korelácie s fylogenézou hostiteľa.

Závery

Fylogenetická analýza CoV z netopierov odobratých v Číne odhalila významnú rozmanitosť: 11 zo 17 rodov netopierov obsahovalo α-CoV aj β-CoV. SARS-CoV-2 pravdepodobne pochádza zo skupiny vírusov nájdených v podkovároch (Rhinolophus spp.), hlavne v provincii Yunnan. Štúdia však poznamenáva, že obmedzenia odberu vzoriek a blízkosť zberných miest k medzinárodným hraniciam naznačujú, že prekurzorové vírusy mohli pochádzať aj z Mjanmarska, Laosu alebo iných susedných krajín.

Výsledky poukazujú na naliehavú potrebu cieleného dohľadu v južnej Číne a juhovýchodnej Ázii s osobitným zameraním na toRhinolophusAHipposiderosNetopiere, ktoré sú ústredným prvkom medzidruhových prenosových udalostí. Štúdia tiež zdôrazňuje dôležitosť pochopenia biologických vlastností α-CoV, ktoré majú vyšší potenciál prepínania hostiteľa a zoonotické riziko ako β-CoV.

Zdroje: