《Nature:被忽视的野生动物传播,助力新冠病毒“失控”突变》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2022-05-18
  • Nature发文表示北美数百只白尾鹿的新冠核酸检测为阳性,病毒在鹿身上显示出长期并独立进化的痕迹,并可能传染给人类(图1)[1]。

    自新冠肺炎大流行开始以来,研究人员一直关注野生动物感染,但跟踪野生动物以调查病毒传播非常困难。为了优化野生动物病毒监测工作,他们首先研究了具有与人类相似ACE2(Angiotensin Converting Enzyme 2)受体的动物,ACE2是一种病毒进入细胞的宿主细胞蛋白。由此,研究人员选择的动物包括家猫、鹿鼠、貉和白尾鹿。

    2021年1月,美国农业部的研究表明,圈养的鹿会感染新冠病毒,并在它们的鼻粘液和粪便中传播,从而将病毒传播给相邻围栏中的其他小鹿。一周之内,感染新冠病毒的鹿体内便会产生抗体,但鹿群并没有出现严重病例。

    新冠病毒已经在鹿群中传播

    2021年11月,美国国家野生动物研究中心在Proceedings of the National Academy of Sciences(PNAS)发表题为“SARS-CoV-2 exposure in wild white-tailed deer (Odocoileus virginianus)”的研究成果(图2)[2]。此项研究通过分析从2021年1月至2021年3月期间从鹿身上采集的385份血液样本,发现大约40%的样本中含有针对新冠病毒的抗体。结果表明白尾鹿已感染新冠病毒,但尚不清楚白尾鹿是初次感染新冠病毒还是新冠病毒已在鹿群中传播一段时间。

    新冠病毒在鹿群中已独立进化

    2021年12月,俄亥俄州立大学兽医学院在Nature发表题为“SARS-CoV-2 infectionin free-ranging white-tailed deer”的研究成果(图3)[3]。此项研究通过分析2021年1月至2021年3月期间在俄亥俄州6个地点采集的360只放养白尾鹿鼻拭子样本,发现129头鹿的新冠病毒核酸检测呈阳性,且所感染的新冠病毒为3个谱系(B.1.2、B.1.582和B.1.596)。

    结果表明新冠病病毒已在鹿群中传播,并开辟新的进化途径;推测新冠病毒是由人传染给白尾鹿的,并在白尾鹿种群中进一步变异;新冠病毒在鹿群中的三种变异,在刺突蛋白(包括受体结合域)和ORF1(Open Reading Frames 1)中存在人类中很少观察到的氨基酸取代,三种变体为鹿群中的独立变异。

    在人与鹿中“横跳”
    新冠病毒变异超预期

    人类新冠病毒感染白尾鹿的途径仍然是个谜。目前,主流观点有两种:一种为人类直接接触白尾鹿,导致新冠病毒传播;另一种为白尾鹿接触了被新冠患者污染的环境,如水源、口罩和食物等。白尾鹿为群居动物,繁殖期白尾鹿每天可以行进几十公里,成群结队的移动,并在途中与其他鹿群争夺资源,将会加速新冠病毒的进一步传播。

    科学家担心鹿可能成为新冠病毒的永久宿主,也将成为包括人类在内的其他动物的疫情暴发源头。这种担忧已有先例:骆驼是MERS-CoV的天然宿主,这种冠状病毒会导致中东呼吸综合征,并传染给人类。研究人员表示:“新冠病毒一旦将鹿作为宿主,就可能发生变异、进化并与其他冠状病毒重组。进化后的新冠病毒可能会进一步感染与鹿共享牧场的其他食草动物,如绵羊、山羊和奶牛。”

    2022年2月22日,加拿大食品检验局国家外来动物疾病中心和爱荷华州立大学兽医学院等研究团队在预印本平台bioRxiv发表题为“Highly divergent white-tailed deer SARS-CoV-2 with potential deer-to-human transmission”的研究结果(图5)[4]。此项研究针对2021年11月和2021年12月在安大略省采集的鹿的五个新冠基因组进行了测序,并与在中国武汉分离的原始新冠病毒相比,发现鹿体内新冠病毒有76个突变,包括一些有助于病毒感染细胞刺突蛋白中氨基酸变化的物质,这种突变是高度可传播变体成功的关键;此外,研究人员找到了鹿体内新冠病毒最接近的来源为大约一年前的密歇根人;安大略省西南部人体内的病毒序列与鹿中发现的病毒基因组非常相似,尽管证据尚不明确,但科学家怀疑此人可能是从鹿身上感染了新冠病毒。

    2022年2月7日,宾夕法尼亚州立大学生物系和哈克生命科学研究所传染病动力学中心在预印本平台bioRxiv发表题为“Detection of SARS-CoV-2 Omicron variant (B.1.1.529) infection of white-tailed deer”的研究结果(图6)[5]。研究团队在宾夕法尼亚鹿中发现了Alpha和Delta新冠病毒变体;Alpha基因组与在人类中发现的不同,表明Alpha在鹿群中独立进化;在Delta成为人类感染主要变体的数月后在鹿体内也发现了Delta变体,且感染Omicron的鹿体内已经有Delta抗体,说明鹿会和人类一样再次感染新变体(图7)。

    研究人员表示:“如果动物能够和人一样被新冠病毒再次感染,那么新冠病毒就不会消失,并将继续进化,持续传播,最终导致病毒的变异失去控制。但目前还没有足够的证据表明鹿是新冠病毒危险变异的温床,我们需要看到更多从鹿传染到人的事件,才能称鹿为人类感染新冠病毒的宿主。”

    Nature:Omicron异常突变
    可能源自动物传播

    2022年1月28号,Nature发文表示新冠病毒突变体Omicron出现了许多不寻常的突变,其进化途径可能与动物有关(图8)[6]。自新冠病毒Omicron突变体在南非首次发现后,科学家们已经在120多个国家、地区对其进行了追踪,但仍然对一个关键问题感到困惑:Omicron是从哪里来的?Omicron具有一系列不寻常的突变,它完全在研究人员的视野之外进化,出现的太突然(图9)。

    瑞士巴塞尔大学的计算生物学家Richard Neher 表示:“与在中国武汉分离的原始新冠病毒相比,Omicron有50多个突变,其中约30种会导致刺突蛋白中的氨基酸发生变化,新冠病毒利用该蛋白附着并与细胞融合。以前关注的变体不超过十个这样的尖峰突变,Omicron却是一个地狱般的变化。”

    加利福尼亚州拉霍亚斯克里普斯研究所的传染病研究员KristianAndersen表示:“由于以前从未见过Omicron携带的一些突变,因此该变体可能是在不涉及人际传播链的环境中进化的。”加拿大萨斯喀彻温大学病毒学家AngelaRasmussen表示:“人与人之间的传播不利于积累像Omicron自2020年年中以来那样多的变化,对于这么多突变的出现,仅一年半的时间真的不够。”

    世界卫生组织的研究人员已经对数百万个新冠病毒基因组进行了测序,但他们并未找到源头,可能忽略了一系列导致Omicron突变的因素。Omicron可能在人身上进化而来,也可能是在其他动物宿主中进化而来。

    2021年12月,中国科学院研究团队在Journal of Genet and Genomics发表题为“Evidence for a mouse origin of the SARS-CoV-2 Omicron variant”的研究成果,并提出新冠病毒的反向人畜共患病理论(图10)[7]。此项研究针对Omicron的45种突变进行分析,发现Omicron的祖代从人类“跳跃”到小鼠身上,迅速积累了有利于感染宿主的突变,然后又“跳跃”回人类,Omicron出现了跨物种进化轨迹。

    新冠病毒是一种混杂病毒,它已传播到野豹、动物园的鬣狗、河马、宠物雪貂和仓鼠。新冠病毒对欧洲的水貂养殖场造成了严重破坏,并已渗透到整个北美的白尾鹿种群中。南非开普敦大学计算生物学家DarrenMartin表示:“大量感染动物,且感染的持续时间比人类更长,这可以为新冠病毒提供探索各种突变的空间,使新冠病毒进化出大量无人知晓的‘幽灵变体’。反向人畜共患病理论是具有说服力的,新冠病毒在动物宿主中传播的变异并不一定会影响其感染人类的能力。”Andersen表示:“反向人畜共患病理论也可以解释为什么Omicron中的一些突变以前在人类中很少见。”

  • 原文来源:https://news.bioon.com/article/0bd1e27272aa.html
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    • 在北美地区,生活着大量的野生白尾鹿,美国境内大约有3000万只,加拿大境内也有数百万只,总数超过了北美人口总数的十分之一。   随着新冠病毒的大流行,美国和加拿大已有相当数量的人类感染了新冠病毒,2021年底,一篇发表在 Nature 的论文显示,北美地区许多野生白尾鹿已经感染了新冠病,甚至感染了多种新冠变异株。这表明新冠病毒可能在野生白尾鹿体内长期生存,为新冠病毒的进一步进化并重新传播人类带来了新的途径。   目前还没有证据显示野生动物中的新冠病毒会传播给人类,但科学家们越来越担心这些白尾鹿会成为新冠病毒库,从而产生新的变异株并带来新的疫情暴发。还有一些研究认为,Omicron 在人类大规模暴发前曾在动物宿主中潜伏一段时间。   到目前为止,这些感染新冠病毒的白尾鹿并没有显示出任何症状,但它们可能会将新冠病毒传播给其他牲畜或野生动物,一旦新冠病毒在野生动物中广泛传播,疫情将变得难以控制。   自 COVID-19 大流行开始以来,研究人员一直关注野生动物感染情况。为了能有针对性的监测,研究人员首先研究了 ACE2,ACE2 是新冠病毒入侵人类细胞的受体蛋白。具有与人类相似的 ACE2 蛋白的动物具有感染新冠病毒的风险。全世界的科研团队开始对这些动物进行实验性感染测试,已确定它们能否感染并传播新冠病毒。   研究显示,灵长类动物、猫科动物、鹿鼠、貉、水貂、白尾鹿等动物具有感染和传播新冠病毒的潜力。   2021年1月,美国农业部的研究人员发现,圈养的白尾鹿能够感染新冠病毒,并通过鼻粘液和粪便传播给相邻围栏中的其他白尾鹿。这些鹿感染新冠病毒后一周内会产生针对新冠病毒的抗体,且不会出现明显症状。这些发现令人惊讶,因为牛、羊等其他有蹄类动物并不会感染新冠病毒。   而在2021年7月,美国国家野生动物研究中心的研究人员在预印本 bioRxiv 发表论文。他们对2021年1月至2021年3月期间从白尾鹿身上采集的385份血液样本进行检测,发现近40%的血液样本中可以检测到针对新冠病毒的抗体,这表明已经有相当比例的白尾鹿感染了新冠病毒,这也是首次发现野生动物广泛接触了新冠病毒。   实际上,在新冠大流行刚开始的2020年,科学家们已经开始了对白尾鹿的检测,但整个2020年的检测并没有发现它们感染新冠病毒。   而在2021年,情况完全改变了,2021年1月开始的各种检测样本,均发现野生白尾鹿种群中大量感染新冠病毒。而这恰恰紧随着人类,尤其是美国感染新冠的高峰期之后。白尾鹿群中检测到的新冠病毒变异株,也证明了人类多次将最新的新冠变异株传播给了野生白尾鹿群。 自2021年1月起,研究人员在美国的24个州检测到了感染新冠病毒的野生白尾鹿,加拿大的各个地区同样也检测到了。2021年12月底,纽约市史坦顿岛上的野生白尾鹿竟也检测 Omicron 变异株。2022年3月,犹他州的野生骡鹿体内检测到了新冠病毒。   然而,野生鹿群中的新冠病毒传播似乎只局限在北美地区,到目前为止,欧洲的野生鹿群中还没有检测到新冠病毒感染的情况。生物学差异无法解释这种现象,从 ACE2 受体来看,欧洲鹿群和北美白尾鹿的新冠易感性是相似的。这说明北美地区的白尾鹿中的新冠病毒传播很可能是因为那里白尾鹿种群密度很高,并和人类频繁接触所致。在北美,野生鹿经常在野外随处走动,甚至会走进人们的后院,但这种情况在其他地方很少见,野生动物通常生活在保护区。   到目前为止,仍不清楚这些野生白尾鹿是如何感染新冠病毒的。可能是因为直接接触,例如人类直接抚摸白尾鹿或给它们投喂食物时的接触。在美国的一些州,有人专门饲养白尾鹿,还有一些针对受伤白尾鹿的救治,这都可能导致其与人类的密切接触,当它们感染新冠病毒后再回到野外,就可能将新冠病毒传播给其他白尾鹿。但这些接触难以解释如此野生鹿群中的如此大比例的传播。因此,也有观点认为这些野生白尾鹿可能是通过环境接触而感染新冠病毒,但这一点尚未得到严格证实。 还有一种观点认为,被新冠病毒污染的废水流入野外水源,可能使白尾鹿感染新冠。许多研究已经在污水中发现了新冠病毒 RNA,但目前还没有在废水中分离出具有传染性的新冠病毒毒株。   此外,还有报道称,野猫或野貂等动物可以能作为传播媒导致白尾鹿感染新冠病毒。   上述观点似乎都有一定道理,但也都不能完全解释野生白尾鹿中的大规模传播情况,很可能它们并不是通过单一原因造成的感染和传播,而是多种原因共同导致的。   白尾鹿是一种群居动物,它们通常在几平方公里的范围内活动,然而,在每年十月到第二年2月的繁殖季,这种情况就会发生变化。在此期间,鹿群会相互接触并大大扩大行动范围。它们之间在接触时会有很多鼻子碰鼻子的接触,这就导致一旦一只鹿感染了新冠病毒,它们的行为方式很容易造成新冠病毒在种群内的广泛传播。 之前在中东地区暴发的中东呼吸综合征(MERS-CoV),也是一种冠状病毒所致的致命传染病。而这种病毒就是由骆驼传播给人类的。因此,科学家们担忧白尾鹿成为新冠病毒的宿主,从而向人类传播。 一旦新冠病毒在白尾鹿体内建立长期感染,就可能在其体内发生变异、进化,并与其他冠状病毒重组,从而可能感染其他鹿或放牧动物如绵羊、山羊、奶牛等。 而越来越多的研究证明了这一点,新冠病毒在白尾鹿体内显示出长期进化的迹象。今年2月份,加拿大食品检验局的研究人员在预印本 bioRxiv 发表的一项研究显示,在安大略省采样的白尾鹿感染的新冠病毒与新冠原始毒株相比,具有76个突变位点,这些突变导致新冠入侵宿主细胞的S蛋白发生了变化,这种变化是高度可传播变异株成功的关键。而对这些病毒基因组的分析显示,与之亲缘关系最近的是一年以前感染人类的新冠病毒,这表明该病毒已经在白尾鹿中传播了很长时间。 2月份,宾夕法尼亚大学发表在预印本 medRxiv 的论文显示,当地白尾鹿中发现了与人类基因组不同的新冠 Alpha 变异株,这表明 Alpha 变异株之前感染白尾鹿后一直在白尾鹿体内独立进化。 更重要的是,有研究发现,安大略省一个人体内的新冠病毒与在白尾鹿中发现的新冠病毒基因组高度相似,尽管缺少关键证据,但科学家们怀疑此人可能从白尾鹿身上感染了新冠病毒。如果这一点得到证实,那么白尾鹿对人类的传播将令人担忧。   此外,白尾鹿和人类一样,能够多次感染新冠病毒,例如有研究发现,感染了 Omicron 的白尾鹿体内同样存在着针对 Delta 的抗体,这表明白尾鹿可以多次感染新冠病毒,这也意味着新冠病毒将难以从白尾鹿体内消失,从而继续造成传播。
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    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2020-10-22
    • 我们知道,造成COVID-19危机的冠状病毒在跨越物种屏障、传播给人类之前,曾在蝙蝠和其他野生动物体内无害地存活。 如今,杜克大学(Duke University)的研究人员在该病毒约3万个字母的遗传密码中发现了一些“无声”突变,正是这些突变帮助该病毒实现了飞跃,并可能为这场全球大流行奠定了基础。这种微妙的变化涉及到病毒如何在人类细胞内折叠其RNA分子。 在10月16日发表在PeerJ杂志上的这项研究中,研究人员使用了他们开发的统计方法来识别人类SARS-CoV-2基因组中出现的适应性变化,但在蝙蝠和穿山甲中发现的与之密切相关的冠状病毒中却没有发现。 杜克大学生物学家格雷格·雷实验室的博士后助理亚历杭德罗·贝里奥说:“我们试图找出这种病毒如此独特的原因。” 先前的研究发现,冠状病毒表面编码“刺突”蛋白的基因中存在阳性选择的指纹,这种基因在病毒感染新细胞的能力中起着关键作用。 这项新的研究同样标记了改变尖峰蛋白的突变,表明携带这些突变的病毒株更有可能茁壮成长。但通过他们的方法,研究作者Berrio、Wray和杜克大学博士生Valerie Gartner还发现了之前研究未能发现的其他罪魁祸首。 研究人员报告说,在SARS-CoV-2基因组的另外两个区域(称为Nsp4和Nsp16)发生了所谓的沉默突变,这似乎使该病毒在不改变其编码蛋白质的情况下,比以前的病毒株具有了生物学上的优势。 贝里奥说,这种变化不会影响蛋白质,而是可能影响病毒的遗传物质(由RNA构成)如何在人体细胞内折叠成3-D形状并发挥作用。 Berrio说,RNA结构的这些变化是如何将人类的SARS-CoV-2病毒与其他冠状病毒区分开来的,目前还不清楚。但它们可能导致了病毒在人们还没有意识到自己感染了它之前就传播开来——这是一个至关重要的区别,使得目前的形势比2003年SARS冠状病毒爆发时更难控制。 Berrio说,这项研究可能为治疗或预防COVID-19带来新的分子靶点。 贝里奥说:“Nsp4和Nsp16是病毒感染一个新人时最先产生的RNA分子。”“刺突蛋白直到后来才表达出来。所以他们可以找到更好的治疗靶点,因为它们出现在病毒生命周期的早期。” 更广泛地说,科学家们希望通过精确定位使新型冠状病毒在人类宿主中茁壮成长的基因变化,在未来人畜共患疾病爆发之前更好地预测它们。 贝里奥说:“病毒在不断地变异和进化。“因此,一种能够感染其他动物的新型冠状病毒可能会出现,并有可能像SARS-CoV-2那样传播给人类。”我们需要能够识别它,并尽早努力控制它。”