Forskare identifierar regioner och arter som driver utvecklingen av coronaviruset hos fladdermöss

Forskare identifierar regioner och arter som driver utvecklingen av coronaviruset hos fladdermöss

Forskare gräver djupt in i fladdermuslivsmiljöer och upptäcker hur coronavirus utvecklas, migrerar och hoppar mellan arter, vilket belyser ursprunget till pandemin och framtida risker.

I en studie som nyligen publicerats i tidskriftenNaturkommunikationEn grupp forskare undersökte utvecklingen, överföringen mellan arter och spridningen av fladdermuskoronavirus (CoVs) i Kina, identifierade hotspots av evolutionär mångfald och spårade ursprunget till det allvarliga akuta respiratoriska syndromet Coronavirus 2 (SARS-CoV-2).

bakgrund

CoVs är ribonukleinsyravirus (RNA-virus) som orsakar luftvägs- och tarmsjukdomar hos människor och djur, där alla mänskliga infekterande CoVs är av zoonotiskt ursprung och kommer ofta från fladdermöss. Deras stora genomstorlek, höga rekombinationshastigheter och genomiska plasticitet underlättar överföring mellan arter och snabb anpassning, vilket leder till utbrott som SARS-CoV, Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus (MERS-CoV) och SARS-CoV-2. Fladdermöss, särskilt släktetRhinolophushyser olika alfa-CoV (α-CoV) och beta-CoV (β-CoV), med hotspots i regioner som Kina, där rik fladdermusfauna och unik biogeografi ökar risken för spridning. Studien belyser att dessa evolutionära egenskaper, i kombination med det ekologiska sammanhanget i södra och sydvästra Kina, gör dessa regioner särskilt viktiga för att förstå CoV-dynamiken. Ytterligare forskning om makroevolutionen och överföringsdynamiken hos fladdermus CoV är avgörande för att förstå den zoonotiska potentialen och förbättra pandemiförebyggandet genom riktade övervaknings- och beredskapsstrategier.

Om studien

Dynamik för värdbyte: Studien fann att alfa-coronavirus (α-CoVs) har en högre benägenhet för överföring mellan arter än beta-coronavirus (β-CoVs), med α-CoVs som upplever värdbyte mellan familjer sju gånger oftare. CoVs observerade genom hela evolutionen.

I den aktuella studien samlades orala och rektala pinnprover och fekala pellets från fladdermöss i alla kinesiska provinser, inklusive Anhui, Beijing, Hainan, Hubei, Guangdong, Guangxi, Yunnan och andra, mellan 2010 och 2015. Icke-dödliga provtagningar utfördes med hjälp av dimnät, med fladdermöss som släpptes direkt efter insamling. Vingstansar gjordes för streckkodsmärkning med deoxiribonukleinsyra (DNA). Protokoll för fladdermushantering var i enlighet med riktlinjerna från Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) vid Tufts University och Wuhan Institute of Virology vid den kinesiska vetenskapsakademin. Proverna förvarades vid -80 grader Celsius.

RNA extraherades med hjälp av High Pure Viral RNA Kit (Roche), och en ettstegs semi-nested omvänd transkription-polymeraskedjereaktion (RT-PCR) riktade sig mot den RNA-beroende RNA-polymerasgenen (RdRp) för CoV-detektion. PCR-produkter sekvenserades och bekräftades genom kloning eller streckkodning för att säkerställa datatillförlitlighet. Datauppsättningen inkluderade 589 nya sekvenser och 616 från Genetic Sequence Database (GenBank) och Global Initiative on Sharing Avian Influenza Data (GISAID).

Sekvenser justerades och analyserades fylogenetiskt med hjälp av BEAST (Bayesian Evolutionary Analysis Sampling Trees) programvara. Baserat på däggdjursmångfald delades provtagningsplatser in i sex zoogeografiska regioner. Förfädernas tillstånd för värdfamilj, släkt och region rekonstruerades och betydande värd- eller regionövergångar bedömdes med hjälp av Bayes-faktorer. Studien inser att att förlita sig på partiella RdRp-sekvenser, även om det är effektivt, begränsar djupet av fylogenetisk analys och kan utesluta mycket divergerande CoV-varianter.

Fylogenetisk mångfaldsstatistik avslöjade regionala och värdspecifika mönster av CoV-diversitet, med Mantel-tester som lyfter fram sambanden mellan viral genetisk differentiering, värdfylogeni och geografisk isolering.

Studieresultat

Totalt 589 partiella sekvenser av RdRp-genen genererades från fladdermus-rektalprover som samlats in över Kina och kombinerats med 608 fladdermus CoV och 8 pangolin CoV-sekvenser från offentliga databaser inklusive GenBank och GISAID. Två datauppsättningar skapades: en baserad på värdtaxa och den andra på provtagningsplatser, kategoriserade i sex zoogeografiska regioner som återspeglar däggdjursmångfald och icke-administrativa gränser. Dessa regioner inkluderade sydväst (SW), norr (NE), central (CE), söder (SE), central-nord (CN) och Hainan Island (HI).

Värddataset innehöll 676 α-CoV-sekvenser från 40 fladdermusarter och 503 β-CoV-sekvenser från 29 fladdermusarter. Den geografiska datamängden inkluderade sekvenser från 21 provinser för α-CoVs och 20 provinser för β-CoVs. Analyser utfördes också på slumpmässiga delmängder av sekvenser för att minska provtagningsbias och säkerställa konsekvent representation.

Fylogenetisk klustring: Stark fylogenetisk klustring hittades bland fladdermusfamiljer med olika utvecklingsmönster i södra och sydvästra Kina. Regioner som Hainan Island visade unik endemisk CoV-mångfald.

Bayesisk fylogenetisk analys antydde att α-CoV troligen har sitt ursprung inoshörning(hästskofladdermus) ochVespertilionid(kvällsfladdermöss) arter, medan β-CoV har kopplats till denVespertilionidOchPterosaurier(Flygande rävar) arter. Överföringshändelser över arter observerades ofta, med α-CoVs som uppvisade högre hastigheter för värdbyte mellan familjer och släkten jämfört med β-CoVs. Rhinolophidae och Miniopteridae (långfingrade fladdermöss) var de vanligaste donatorerna av α-CoVs, medanRhinolophidaedominerar som givare och mottagare för β-CoVs.

Spatiotemporala analyser avslöjade signifikanta förökningsvägar för både α-CoVs och β-CoVs inom Kina. SO dök upp som ett stort centrum för CoV-migrering med de högsta utgående och inkommande rörelserna. α-CoVs visade högre migrationshastigheter än β-CoVs, med SW- och HI-regionerna som visade uttalad endemisk mångfald. Södra och sydvästra Kina identifierades som refugia under istiderna, vilket bidrog till långvarig uthållighet och diversifiering av fladdermus CoVs i dessa regioner.

Fylogenetisk klustring, bedömd med medelfylogenetiskt avstånd (MPD) och medelavstånd till närmaste taxon (MNTD), visade stark strukturering mellan fladdermusfamiljer och zoogeografiska regioner. SW- och HI-regionerna visade den högsta evolutionära distinktheten för båda CoV-släktena. Manteltester avslöjade signifikanta korrelationer mellan genetisk differentiering och geografiskt avstånd för både α-CoVs och β-CoVs, med β-CoVs som också visade korrelationer med värdfylogeni.

Slutsatser

Fylogenetisk analys av CoVs från fladdermöss provtagna i Kina avslöjade betydande mångfald: 11 av 17 fladdermussläkten hyste både α-CoVs och β-CoVs. SARS-CoV-2 kommer troligen från en grupp virus som finns i hästskofladdermöss (Rhinolophus spp.), främst i Yunnanprovinsen. Studien noterar dock att restriktioner för provtagning och närhet till insamlingsplatser till internationella gränser tyder på att prekursorvirus också kan ha sitt ursprung i Myanmar, Laos eller andra grannländer.

Resultaten belyser det akuta behovet av riktad övervakning i södra Kina och Sydostasien, med särskilt fokus på dettaRhinolophusOchHipposiderosFladdermöss, som är centrala för överföringshändelser mellan arter. Studien betonar också vikten av att förstå de biologiska egenskaperna hos α-CoVs, som har högre värdbytespotential och zoonotisk risk än β-CoVs.

Källor: