Podrobné genomické zkoumání ohniska v Denverské zoo ukazuje, jak se SARS-CoV-2 může rychle diverzifikovat a adaptovat po křížení druhů, což nabízí vzácný reálný pohled na virovou evoluci za hranicemi lidí.
Studie: SARS-CoV-2 v rámci hostitelské expanze, diverzifikace a adaptace populace tygrů, lvů a hyen v zoo. Obrazový kredit: Wirestock Creators/Shutterstock.com
Nová studie zveřejněná v Příroda komunikace odhaluje rychlý vývoj a adaptaci těžkého akutního respiračního syndromu coronavirus 2 (SARS-CoV-2) u tygrů, lvů a hyen v zoo, kteří jsou v každodenním kontaktu s lidmi.
Jak zvířecí infekce formují vývoj a riziko SARS-CoV-2
Rychlý vývoj SARS-CoV-2 a vznik nových variant podstatně formovaly veřejné povědomí o infekčních onemocněních od vypuknutí pandemie koronavirového onemocnění 2019 (COVID-19).
Kromě lidí SARS-CoV-2 infikuje širokou škálu domácích a divokých zvířat a zdokumentované případy ukazují, že virus se může ve vzácných případech přenést ze zvířecího hostitele zpět na člověka. Faktory, které řídí vývoj a dynamiku přenosu SARS-CoV-2 u zvířat, stejně jako původ nových virových variant, které infikují lidi i zvířata, však zůstávají do značné míry neznámé.
Výběr prospěšných mutací, které zvyšují virovou zdatnost, je klíčovým determinantem virové evoluce v hostitelském druhu. Virové populace mohou po přenosu z jednoho hostitelského druhu na druhý zažít jedinečné a silné selektivní tlaky. Tyto události přelévání mohou urychlit vznik virových variant prostřednictvím selekce genetické mutace které zlepšují způsobilost viru v rámci nového hostitele.
Aby výzkumníci z Colorado State University a jejich spolupracovníci z Denver Zoo Conservation Alliance v USA prozkoumali dopad změny hostitele na virovou evoluci, zkoumali vývoj a hostitelskou adaptaci SARS-CoV-2 u tygrů, afrických lvů a hyen skvrnitých během vypuknutí v Denver Zoo v roce 2021.
Genomické sledování odhaluje rychlou adaptaci po přelití zoo
Výzkumníci shromáždili vzorky nosních výtěrů od dvou tygrů, jedenácti lvů a tří hyen, izolovali virovou RNA ze vzorků a provedli sekvenování nové generace (NGS), aby identifikovali linii SARS-CoV-2, variace v rámci hostitele a genomové podpisy selekce.
Zjištění odhalila, že propuknutí v denverské zoo bylo pravděpodobně iniciováno jediným přeléváním vzácné podskupiny Delta, která byla nejvíce v souladu s přenosem z lidí (ošetřovatelů zvířat) na tygry a poté na lvy a hyeny.
U zvířecích hostitelů byla pozorována rychlá expanze a diverzifikace virových populací. Výzkumníci také detekovali genomové podpisy jak negativní selekce (odstranění škodlivých mutací), tak pozitivní selekce (výběr výhodných mutací) napříč genomem viru, spolu se čtyřmi kandidátskými druhově specifickými adaptivními mutacemi u lvů a hyen.
Přestože u infikovaných zvířat nebyly detekovány žádné varianty týkající se SARS-CoV-2, v nukleokapsidovém genu a ve vzorcích od hyen byly detekovány jedinečně silné známky pozitivní selekce, což zdůrazňuje kombinované dopady mutace a selekce po mezidruhovém přenosu viru.
Ve studii byly detekovány čtyři druhově specifické mutace, včetně A254V v nukleokapsidovém genu u lvů a hyen a E1724D v otevřeném čtecím rámci 1-alfa, T274I v genu pro spike protein a P326L v nukleokapsidovém genu u hyen. Tyto mutace byly u lidí detekovány zřídka a nejsou spojeny s žádnou konkrétní variantní linií.
Studie zejména zjistila, že ačkoli k propuknutí v denverské zoo došlo během jednoho z vrcholů pandemie COVID-19, vzácná linie Delta, která způsobila propuknutí, byla v té době spojena s méně než 1 % lidských infekcí v Coloradu.
Vzácnost této linie mezi lidmi dále podporuje myšlenku, že ohnisko v zoo bylo iniciováno jediným přelévací akces největší pravděpodobností od infikovaného člověka. Stále však existuje možnost vícenásobného nezávislého přenosu z lidí na zvířata nebo virového přenosu mezi peridomestickými zvířaty v zoo.
Studie nalezla nejsilnější genomové podpisy pozitivní selekce v nukleokapsidovém genu SARS-CoV-2, který kóduje nukleokapsidový protein vázající RNA odpovědný za balení virového genomu.
Mutace v tomto genu byly již dříve detekovány u variant SARS-CoV-2, které infikují lidi. Tyto mutace byly spojeny se zvýšenou virovou replikací zdatnosti v experimentálních a epidemiologických studiích, což naznačuje, že změny v tomto genu mohou ovlivnit přežití viru a přenositelnost v hostitelském prostředí.
Další významnou mutací detekovanou ve studii byla mutace T274I specifická pro hyeny v spike genu. Mutace může představovat adaptaci na receptor pro vstup viru specifický pro hyeny. Strukturální a imunologické analýzy ze studií na lidech naznačují, že substituce v tomto místě by také mohly přispět k imunitnímu úniku. Zbývá však určit funkční důsledek této mutace u hyen.
Virové populace detekované ve studii vykazovaly v průběhu času rychlou expanzi a diverzifikaci. V literatuře je dobře známo, že síla selekce se zvyšuje s expanzí virové populace.
Ohnisko v zoo nabízí skutečný pohled na vývoj virů
Celkově virové populace izolované z infikovaných zvířat vykazovaly přibližně rovnoměrné rozložení pozitivních i negativních selekčních signatur, s výjimkou těch izolovaných z hyen, které vykazovaly jedinečně silnou pozitivní selekci.
Výzkumníci uvedli, že tento rozdíl by mohl souviset s časovou osou odběru vzorků, protože vzorky hyen byly odebrány později v ohnisku, a proto mohly být odebrány později v průběhu infekce ve srovnání se vzorky od lvů a tygrů. Tato zjištění zdůrazňují možnost zvýšené evoluční rychlosti SARS-CoV-2 u hyen.
Celkově výsledky studie poskytují cenný pohled na mechanismy, které jsou základem evoluce viru v hostiteli po mezidruhovém přenosu.
