Znanstveniki identificirajo regije in vrste, ki spodbujajo razvoj koronavirusa pri netopirjih

Znanstveniki identificirajo regije in vrste, ki spodbujajo razvoj koronavirusa pri netopirjih

Znanstveniki se poglabljajo v habitate netopirjev in odkrivajo, kako se koronavirusi razvijajo, selijo in skačejo med vrstami, s čimer osvetljujejo izvor pandemije in prihodnja tveganja.

V študiji, nedavno objavljeni v revijiKomunikacija v naraviSkupina raziskovalcev je preučevala razvoj, medvrstni prenos in širjenje netopirjevih koronavirusov (CoV) na Kitajskem, identificirala žarišča evolucijske raznolikosti in izsledila izvor Koronavirusa 2 hudega akutnega respiratornega sindroma (SARS-CoV-2).

ozadje

CoV so virusi ribonukleinske kisline (RNA virusi), ki povzročajo bolezni dihal in črevesja pri ljudeh in živalih, pri čemer so vsi CoV, ki okužijo ljudi, zoonoznega izvora in pogosto izvirajo iz netopirjev. Njihova velika velikost genoma, visoke stopnje rekombinacije in genomska plastičnost olajšajo medvrstni prenos in hitro prilagajanje, kar vodi do izbruhov, kot so SARS-CoV, koronavirus bližnjevzhodnega respiratornega sindroma (MERS-CoV) in SARS-CoV-2. Netopirji, zlasti rodRhinolophusskrivajo raznolike alfa-CoV (α-CoV) in beta-CoV (β-CoV) z žarišči v regijah, kot je Kitajska, kjer bogata favna netopirjev in edinstvena biogeografija povečujeta tveganje prelivanja. Študija poudarja, da so zaradi teh evolucijskih značilnosti v kombinaciji z ekološkim kontekstom južne in jugozahodne Kitajske te regije še posebej pomembne za razumevanje dinamike CoV. Nadaljnje raziskave o makroevoluciji in dinamiki prenosa netopirjev CoV so ključne za razumevanje potenciala zoonoz in izboljšanje preprečevanja pandemije s ciljno usmerjenim nadzorom in strategijami pripravljenosti.

O študiju

Dinamika menjave gostitelja: Študija je pokazala, da imajo alfa koronavirusi (α-CoV) večjo nagnjenost k prenosu med vrstami kot beta koronavirusi (β-CoV), pri čemer se pri α-CoV sedemkrat pogosteje pojavljajo menjave gostitelja med družinami. CoV opaženi skozi celotno evolucijo.

V tej študiji so bili med letoma 2010 in 2015 od netopirjev v vseh kitajskih provincah, vključno z Anhui, Pekingom, Hainan, Hubei, Guangdong, Guangxi, Yunnan in drugimi, zbrani oralni in rektalni brisi ter fekalne pelete. Nesmrtonosno vzorčenje je bilo izvedeno z uporabo mrež za meglo, pri čemer so bili netopirji izpuščeni takoj po zbiranju. Za označevanje s črtno kodo z deoksiribonukleinsko kislino (DNK) so bili narejeni udarci s krili. Protokoli za ravnanje z netopirji so bili v skladu s smernicami Odbora za institucionalno oskrbo in uporabo živali (IACUC) Univerze Tufts in Inštituta za virologijo Wuhan Kitajske akademije znanosti. Vzorci so bili shranjeni pri –80 stopinjah Celzija.

RNA je bila ekstrahirana s kompletom High Pure Viral RNA Kit (Roche) in enostopenjska polgnezdena verižna reakcija s polimerazno reverzno transkripcijo (RT-PCR) je ciljala na RNA-odvisni gen RNA polimeraze (RdRp) za odkrivanje CoV. Produkti PCR so bili sekvencirani in potrjeni s kloniranjem ali črtnim kodiranjem, da se zagotovi zanesljivost podatkov. Nabor podatkov je vključeval 589 novih zaporedij in 616 iz zbirke podatkov o genetskih zaporedjih (GenBank) in Globalne pobude o izmenjavi podatkov o aviarni influenci (GISAID).

Zaporedja so bila poravnana in filogenetsko analizirana z uporabo programske opreme BEAST (Bayesian Evolutionary Analysis Sampling Trees). Na podlagi pestrosti sesalcev so bile lokacije vzorčenja razdeljene na šest zoogeografskih regij. Stanja prednikov za gostiteljsko družino, rod in regijo so bila rekonstruirana in pomembni prehodi gostitelja ali regije so bili ocenjeni z uporabo Bayesovih faktorjev. Študija priznava, da zanašanje na delna zaporedja RdRp, čeprav učinkovito, omejuje globino filogenetske analize in lahko izključi zelo različne različice CoV.

Meritve filogenetske raznolikosti so razkrile regionalne vzorce in vzorce raznolikosti CoV, specifične za gostitelja, pri čemer so Mantelovi testi poudarili povezave med virusno genetsko diferenciacijo, filogenijo gostitelja in geografsko izolacijo.

Rezultati študije

Skupaj 589 delnih zaporedij gena RdRp je bilo ustvarjenih iz rektalnih brisov netopirjev, zbranih po vsej Kitajski, in kombiniranih s 608 zaporedji CoV netopirjev in 8 zaporedij pangolina CoV iz javnih baz podatkov, vključno z GenBank in GISAID. Ustvarjena sta bila dva nabora podatkov: eden temelji na taksonih gostiteljev in drugi na lokacijah vzorčenja, kategoriziranih v šest zoogeografskih regij, ki odražajo raznolikost sesalcev in neadministrativne meje. Te regije so vključevale jugozahod (SW), sever (NE), osrednji (CE), jug (SE), osrednji sever (CN) in otok Hainan (HI).

Nabor podatkov o gostitelju je vseboval 676 sekvenc α-CoV iz 40 vrst netopirjev in 503 sekvenc β-CoV iz 29 vrst netopirjev. Geografski nabor podatkov je vključeval zaporedja iz 21 provinc za α-CoV in 20 provinc za β-CoV. Analize so bile izvedene tudi na naključnih podmnožicah zaporedij, da bi zmanjšali pristranskost vzorčenja in zagotovili dosledno predstavitev.

Filogenetsko združevanje: Močno filogenetsko združevanje je bilo ugotovljeno med družinami netopirjev z različnimi razvojnimi vzorci na južnem in jugozahodnem Kitajskem. Regije, kot je otok Hainan, so pokazale edinstveno endemično raznolikost CoV.

Bayesova filogenetska analiza je pokazala, da α-CoV verjetno izvira iznosorog(podkovnjak) inVespertilionid(večerni netopirji), medtem ko so β-CoV povezani z njimVespertilionidinPterozavri(Leteče lisice) vrste. Pogosto so opazili dogodke prenosa med vrstami, pri čemer so α-CoV izkazovali višje stopnje menjave gostitelja med družinami in rodovi v primerjavi z β-CoV. Rhinolophidae in Miniopteridae (dolgoprsti netopirji) so bili najpogostejši darovalci α-CoV, medtem koRhinolophidaeprevladujejo kot darovalci in prejemniki β-CoV.

Prostorsko-časovne analize so pokazale pomembne poti širjenja α-CoV in β-CoV znotraj Kitajske. SO se je pojavil kot glavno središče migracij CoV z najvišjimi izhodnimi in vhodnimi premiki. α-CoV so pokazali višje stopnje migracij kot β-CoV, pri čemer sta JZ in HI regiji pokazali izrazito endemično raznolikost. Južna in jugozahodna Kitajska sta bili med ledenimi dobami opredeljeni kot zatočišča, kar je prispevalo k dolgoročni obstojnosti in diverzifikaciji CoV netopirjev v teh regijah.

Filogenetsko združevanje, ocenjeno s srednjo filogenetsko razdaljo (MPD) in srednjo razdaljo do najbližjega taksona (MNTD), je pokazalo močno strukturiranje med družinami netopirjev in zoogeografskimi regijami. Regiji SW in HI sta pokazali največjo evolucijsko razlikovanje za oba roda CoV. Mantelovi testi so razkrili pomembne korelacije med genetsko diferenciacijo in geografsko razdaljo tako za α-CoV kot za β-CoV, pri čemer so β-CoV prav tako pokazali korelacije s filogenijo gostitelja.

Sklepi

Filogenetska analiza CoV netopirjev, vzorčenih na Kitajskem, je pokazala veliko raznolikost: 11 od 17 rodov netopirjev je nosilo tako α-CoV kot β-CoV. SARS-CoV-2 verjetno izvira iz skupine virusov, ki jih najdemo v podkovnjakih (Rhinolophus spp.), predvsem v provinci Yunnan. Vendar pa študija ugotavlja, da omejitve pri vzorčenju in bližina zbirnih mest mednarodnim mejam kažejo, da bi predhodniki virusov lahko izvirali tudi iz Mjanmara, Laosa ali drugih sosednjih držav.

Rezultati poudarjajo nujno potrebo po ciljno usmerjenem nadzoru v južni Kitajski in jugovzhodni Aziji, s posebnim poudarkom na temRhinolophusinHiposiderosNetopirji, ki so osrednji pri dogodkih prenosa med vrstami. Študija prav tako poudarja pomen razumevanja bioloških lastnosti α-CoV, ki imajo večji potencial zamenjave gostitelja in tveganje za zoonozo kot β-CoV.

Viri: