Naukowcy donoszą o wyjątkowej presji selekcyjnej na receptory koronawirusa gospodarza u nietoperzy w porównaniu z innymi ssakami

Obecna pandemia koronawirusa 2019 (COVID-19) była spowodowana rozprzestrzenianiem się nowego koronawirusa, tj. koronawirusa 2 (SARS-CoV-2) i zespołu ostrej ostrej niewydolności oddechowej. Ta pandemia podkreśliła znaczenie zrozumienia, w jaki sposób patogeny (takie jak bakterie, grzyby i wirusy) i gospodarze ewoluują w odpowiedzi na siebie nawzajem.

tło

Na podstawie analizy filogenetycznej naukowcy donoszą, że gospodarze doświadczają ogromnego stresu z powodu białek będących celem infekcji. W odpowiedzi na to zdarzenie rozwijają się normalnie, tak że białka nie są już celem patogenów.

Kilka badań wykazało, że nietoperze są potencjalnym rezerwuarem pojawiających się wirusów zakaźnych, zwłaszcza koronawirusów. Badania te ujawniły, że trzy najbardziej zakaźne koronawirusy, SARS-CoV-2, koronawirus zespołu oddechowego na Bliskim Wschodzie (MERS-CoV) i koronawirus zespołu ostrej ostrej niewydolności oddechowej (SARS-CoV), pochodzą od nietoperzy.

Naukowcy stwierdzili, że w oparciu o historię ewolucyjną gatunku nietoperzy wirus zmienił swoje cechy wyróżniające przy różnym poziomie infekcji i odpowiedzi immunologicznej gospodarza. Dlatego bardzo ważne jest zbadanie wszystkich gatunków, aby określić, który gatunek ma większe ryzyko rozprzestrzeniania się chorób odzwierzęcych na ludzi i odwrotnie.

Badanie białek gospodarza związanych z potencjalnymi chorobami odzwierzęcymi może być potężnym wskaźnikiem identyfikacji przeszłych i obecnych białek, które znajdują się pod potencjalną presją ewolucyjną. Ocena tych białek może również przewidzieć potencjał przenoszenia międzygatunkowego. W kilku badaniach próbowano wyjaśnić, w jaki sposób różne szczepy wirusa wiążą się z różnymi typami enzymu konwertującego angiotensynę 2 (ACE2) i dipeptydylopeptydazy 4 (DPP4), potencjalnie prowadząc do rozprzestrzeniania się chorób odzwierzęcych.

Nowe badanie

W nowym badaniu zbadano, w jaki sposób ACE2 i DPP4 ewoluowały, wykorzystując zestaw danych genetycznych nietoperzy oraz innych gatunków ssaków. Zarówno ACE2, jak i DPP4 są głównymi białkami receptorowymi, które były celem odpowiednio SARS-CoV, SARS-CoV-2 i MERS-CoV. To badanie zostało opublikowane w Postępowanie Towarzystwa Królewskiego B.

W tym badaniu naukowcy wykorzystali sekwencje ACE2 i DPP4 z pięćdziesięciu pięciu gatunków nietoperzy reprezentujących pięć rodzin i trzydzieści siedem rodzajów do analizy ich ewolucji. Naukowcy uzyskali sekwencje ACE2 i DPP4 oraz ortologi ssaków ACE2 i DPP4 z Gen-Bank. Naukowcy przeprowadzili analizy genetyczne i molekularne, aby zidentyfikować zmiany i podobieństwa ewolucyjne.

Naukowcy porównali sekwencje aminokwasowe związane z ACE 2 dla SARS-CoV i SARS-CoV-2 oraz DPP4 dla MERS-CoV, aby zrozumieć i odkryć reszty aminokwasowe odpowiedzialne za asocjację koronawirusa u ssaków. Było to również przydatne w określaniu potencjalnego zakresu gospodarzy tych koronawirusów.

Wskaźnik różnorodności Shannona obliczono w celu zidentyfikowania pozycji najbardziej zmiennych aminokwasów. Naukowcy określili liczbę i równowagę unikalnych aminokwasów w pozycjach przy użyciu wiązek roślinnych w R. Przeanalizowali również identyczne lub odpowiadające ludzkim resztom aminokwasowym.

Wyniki główne

W tym badaniu naukowcy przeanalizowali około 270 sekwencji ACE2 z 206 gatunków, czyli 98 gatunków nietoperzy i 108 gatunków nietoperzy. Ponadto ocenili 248 sekwencji DPP4 z 235 gatunków, w tym 92 gatunki nietoperzy i 143 gatunki nietoperzy. Chociaż istnieje wiele gatunków ssaków innych niż nietoperze, naukowcy zaobserwowali więcej unikalnych kombinacji u nietoperzy niż u gatunków innych niż nietoperze. Badanie to dokumentuje, że nietoperze są zróżnicowane pod względem kontaktowych reszt aminokwasowych ACE2 z reszt kontaktowych SARS-CoV, SARS-CoV-2 i DPP4 z MERS-CoV.

Naukowcy przeprowadzili kilka analiz selekcyjnych przy użyciu drzewa maksymalnej klasy wiarygodności ssaków (MCC), które wskazało, że nietoperze podlegały pozytywnej selekcji w pozostałościach kontaktowych. Ponadto inne analizy, takie jak test pozytywnej selekcji adaptacyjnych oddziałów gałęzi, wykazały, że klad nietoperzy wykazywał wysoki potencjał selekcji w porównaniu z innymi gałęziami związanymi z innymi ssakami.

Podobnie jak ACE 2, DPP4 był również szeroko rozpowszechniony w całej grupie nietoperzy. Obecne badanie sugeruje, że MERS-CoV może zarażać wiele gatunków. Wyniki tego badania są zgodne z wcześniejszymi badaniami donoszącymi o poprawie selekcji pozytywnej u nietoperzy pod kątem ACE2 i DPP4 w porównaniu z innymi ssakami, w odniesieniu do odpowiedzi N-aminopeptydazy.

Naukowcy zidentyfikowali podobieństwa między każdym gatunkiem a ludźmi związane z resztami ACE2 i DPP4, które mogą wiązać się z koronawirusami. Podobieństwa między resztami ACE2 i DPP4 różniły się w obrębie i między rzędami ssaków. Autorzy odkryli, że większość gatunków gryzoni i drapieżników różniła się od ACE-2 u ludzi.

Koty domowe mają większość podobieństw z resztami ACE2, które wiążą się z SARS-CoV i SARS-CoV-2. Kilka badań wykazało również, że koty mogą usunąć oba wirusy. Obecne badanie ujawniło, że łuskowce wykazują większe podobieństwo w resztach ACE2 do ludzi niż do większości małp Nowego Świata. Ponadto doniesiono, że wielbłądy są najbliższym żywicielem MERS-CoV i są bardzo podobne do ludzi.

wniosek

Naukowcy ujawnili, że ocena selekcji ewolucyjnej i określenie podobieństwa szczątków gospodarza mających kontakt z wirusem ma kluczowe znaczenie dla identyfikacji zwierząt, które mają być przedmiotem nadzoru wirusowego. Zwierzęta te mogą być źródłem nowej infekcji zwierzęcej. Mogą również funkcjonować jako gatunek rezerwuaru wtórnego, który ludzie mogą zarażać, a także ponownie zarażać ludzi lub inne gatunki.