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重磅:云南省蝙蝠揭示冠状病毒复杂的进化史!

生命科学前沿

作者|Rhyme Z  来源|生命科学前沿(ID:advancedlifesci)

经过与病毒常年来的阻击战,我们已经知道人类大多数病毒病原体都有人畜关系起源。众所周知,蝙蝠是各种病毒的宿主,包括亨德拉病毒、马尔堡病毒、埃博拉病毒,以及最显著的冠状病毒,这些病毒在人类中引起了严重疾病。除了蝙蝠和人类,冠状病毒还可以感染广泛的家畜和野生动物,包括猪,牛,老鼠,猫,狗,鸡,鹿和刺猪。

自新型冠状病毒爆发以来,科研人员没有停止对该病毒进化起源的探寻,但这种病毒的进化起源仍然难以捉摸。目前在野生动物中发现了一些与SARS-CoV-2密切相关的冠状病毒,宿主蝙蝠出现在亚洲大片地区,但这些病毒的系统发生和基因组多样性可能被低估了。

2020年3月8日,山东第一医科大学史卫峰教授团队联合中科院西双版纳热带植物园Alice C. Hughes博士团队及悉尼大学Edward C.Holmes教授团队,在bioRxiv杂志上发表了题为“Identification of novel bat coronaviruses sheds light on theevolutionary origins of SARS-CoV-2 and related viruses”的研究成果,报告了从中国云南省发现的其他蝙蝠冠状病毒,揭示了病毒的多样性和复杂的进化史。主要有以下结论:

1. SARS-CoV-2相关病毒继续在蝙蝠群中传播,甚至在某些地区的流行率可能相对较高。

2. 多种新型蝙蝠冠状病毒来源于同一祖先。

3. 频繁的跨物种病毒传播推动了病毒进化。

4. 穿山甲衍生的冠状病毒是否形成了单独的谱系,显然值得进一步调查。

5. 在一个小范围区域,病毒就可以进化出丰富的多样性。

新型蝙蝠冠状病毒的鉴定

为了进一步揭示蝙蝠病毒的多样性,研究人员在2019-2020年期间在中国云南省采集了蝙蝠样本。在100个测序文库中,有40个文库含有冠状病毒,包括7个可映射为SARS-CoV-2的重叠群的文库。

特别指出的是,研究人员收集了来自不同蝙蝠物种的24个新型冠状病毒基因组,包括4个SARS-CoV-2样冠状病毒。进一步基于实时定量PCR(q-PCR)的检测表明,这4种病毒在2020年5-7月间在云南省采集的9个样本中检测呈阳性。再加上2020年6月从泰国收集的SARS-CoV-2相关病毒,这些结果清楚地表明,SARS-CoV-2相关病毒继续在蝙蝠群中传播,甚至在某些地区的流行率可能相对较高。

SARS-CoV-2与相关病毒的序列一致性

特别值得注意的是,这里发现的一种新型蝙蝠冠状病毒RpYN06,与SARS-CoV-2相比,在整个基因组中以及一些单个基因区域(ORF1ab、ORF7a、ORF8、N和ORF10)中显示出94.5%的序列一致性,是迄今为止发现的SARS-CoV-2的近亲。但尖峰基因(76.3%)和受体结合域RBD(60.9%)中的低序列一致性,表现出过去广泛的重组事件的发生,使它成为SARS-CoV-2的第二个最接近的亲缘,在基因组尺度上仅次于RaTG13(96.0%)。因此,除了尖峰蛋白外,RpYN06拥有基因组主干,可以说是目前发现的最接近SARS-CoV-2的基因组主干。

相比之下,RsYN04、RmYN05和RmYN08在整个基因组规模上相互展示了>99.96%的核苷酸一致性。这种强烈的相似性表明这些病毒来自同一物种,尽管它们是在不同的通道上测序的,样本是在不同的时间点从不同的蝙蝠物种中采集的。此外,他们在整个基因组中与SARS-CoV-2的核苷酸一致性也处于低水平(76.5%),特别是在尖峰基因中,ORF3a、ORF6、ORF7a、ORF7b和ORF8的一致性都<70%。

新型蝙蝠Sarbecovirus病毒尖峰蛋白的分子特征

虽然从不同野生动物物种中发现了几种类似SARS-CoV-2的病毒,这些物种在某些基因组区域表现出与SARS-CoV-2高度相似的序列,但从关键受体结合部位的整体序列标识和氨基酸残基来看,没有一种病毒与SARS-CoV-2的尖峰基因非常相似(例如> 95%)。事实上,这里描述的三种新型冠状病毒(RsYN04,RmYN05,RmYN08)的尖峰蛋白序列形成了一个独立的谱系,由相对较长的分支与已知的Sarbecovirus病毒分离。

在这方面,有趣的是,最近发现的来自泰国的蝙蝠冠状病毒由在S1/S2分裂部位插入三氨基酸(PVA)携带。虽然这个基序与SARS-CoV-2(PRRA)和RmYN02(PAA)不同,但这再次揭示了自然采样β冠状病毒尖峰蛋白中频繁发生的插入缺失标记事件。总的来说,这些结果突出了Sarbecovirus病毒尖峰蛋白的极高且可能被低估的遗传多样性,并可能反映其适应灵活性。

新型蝙蝠α冠状病毒的系统发生分析

先前有研究表明,蝙蝠之间经常发生冠状病毒的宿主切换。事实上,研究人员在α冠状病毒和β冠状病毒中发现了来自多个不同蝙蝠物种的近100%相同的冠状病毒,这表明频繁的跨物种病毒传播推动了病毒进化。这在一定程度上可能反映了它们栖息的行为和共享相同或相近栖息地的倾向。然而,在促进宿主切换的同时,单个蝙蝠物种可能携带多种病毒,这也增加了解决SARS-CoV-2和其他致病冠状病毒起源的难度。

特别值得注意的是,新发现的三种SARS-CoV-2样冠状病毒与从广西提取的穿山甲样病毒组合在一起,组成了整个基因组。虽然相关的分支长度相对较长,因此可能涉及其他宿主,并且基因树之间存在一些拓扑差异,但这暗示了穿山甲和蝙蝠之间的病毒传播。最近,从云南的穿山甲上发现了一种新的SARS-CoV-2相关冠状病毒(GISAID ID EPI_ISL_610156)。穿山甲衍生的冠状病毒是否形成了单独的谱系,显然值得进一步调查。

亚洲菊头蝠物种分布的生态建模

为了更好地了解蝙蝠冠状病毒的生态性,研究人员利用整理的分布数据对亚洲49种菊头蝠的分布进行了建模。生态建模显示,在东南亚和中国南部的大部分地区,菊头蝠的丰富度很高,在分析中包括的49个物种中,预计将有多达23个物种共存。当地气候,特别是影响全年饮食供应的因素,似乎是决定整个地区蝙蝠物种分布的关键。

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49种菊头蝠物种地理分布的生态建模

令人吃惊的是,这里描述的所有蝙蝠病毒都是在云南省的一个大约1100公顷的小区域中发现的。这突出了蝙蝠冠状病毒在微小的地理区域中显著的系统发生和基因组多样性,人们可能经常暴露在这种区域。

总结

除了菊头蝠,亚洲这片广阔的区域还富含许多其他蝙蝠家族以及其他野生动物物种,这些物种已被证明在体外容易感染SARS-CoV-2。因此,进一步的监测工作应当必须涵盖该地区更广泛的野生动物,以帮助追踪SARS-CoV-2、SARS-CoV和其他致病病毒从动物到人类的持续溢出。

编者按:本文转载自微信公众号:生命科学前沿(ID:advancedlifesci),作者:Rhyme Z


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