石正丽新论文聚焦中国地区蝙蝠冠状病毒:探讨起源与跨种传播
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石正丽新论文聚焦中国地区蝙蝠冠状病毒:探讨起源与跨种传播

2020年06月03日 20:00:09
来源:澎湃新闻

长期研究蝙蝠冠状病毒的中科院武汉病毒所石正丽等人在新冠病毒(SARS-Cov-2)的溯源工作方面继续推进。当地时间5月31日,来自美国环保生态健康联盟(EcoHealth Alliance)、中国科学院武汉病毒研究所、广东省生物资源应用研究所、澳大利亚昆士兰大学、杜克大学-新加坡国立大学医学院的研究团队在论文预印本平台BioRxiv上联合发表了一项研究,题为 “中国蝙蝠冠状病毒的起源与跨种传播(Origin and cross-species transmission of bat coronaviruses in China)”。

蝙蝠是SARS-Cov、SARS-Cov-2等多种冠状病毒(CoVs)的天然蓄水池,然而目前科学界对冠状病毒的进化和多样性仍所知甚少。研究团队利用贝叶斯统计框架和中国所有已知的蝙蝠冠状病毒(包括630个新的冠状病毒基因序列)的序列数据分析了它们的宏观进化、跨物种传播和在中国各地的分布情况。

研究团队发现,与β冠状病毒相比,α-冠状病毒的宿主切换更频繁,且能跨越亲缘关系更远的其他宿主,而β-冠状病毒受宿主限制更大。结果表明,菊头蝠属(Rhinolophus)及其下的菊头蝠科(Rhinolophidae)的科间和属间的宿主切换最为常见。这项分析还确定了中国冠状病毒进化多样性热点的宿主分类群和地理区域。

研究团队认为,这项研究可能有助于发现蝙蝠冠状病毒,用于主动监测人畜共患病。他们提示SARS-CoV-2可能起源于菊头蝠属蝙蝠,而与菊头蝠相比,全长基因组分析显示马来穿山甲不太可能是新冠病毒的起源。

该项研究的通讯作者为美国非盈利组织环保生态健康联盟疾病生态学家Peter Daszak教授,中科院武汉病毒研究所新发传染病研究中心主任、中科院高致病性病原生物学与生物安全重点实验室主任石正丽研究员。

研究包括630个大小在440bp左右的冠状病毒RNA依赖RNA聚合酶(RdRp)基因部分序列,这些测序样品来自中国各地采集的蝙蝠肛拭子或粪便;另外还包括608个序列,来自不同研究团队在GenBank中已发表的中国蝙蝠冠状病毒基因序列。

研究团队使用冠状病毒RdRp基因序列数据群,通过贝叶斯法重建系统发育树,分析了蝙蝠α-冠状病毒和β-冠状病毒的祖先宿主。

α-冠状病毒的系统发育树显示,蝙蝠α-冠状病毒由七个家系(L1-L7)组成,对应不同亚属。其中第一个α-冠状病毒家系对应于Rhinacovirus亚属,起源于菊头蝠科蝙蝠(rhinolophid bats),它包含蝙蝠冠状病毒HKU2相关和SADS相关的冠状病毒。

另外6个家系起源于蝙蝠科蝙蝠(vespertilionid bats)。Decacovirus亚属主要包括来自菊头蝠科和蹄蝠科的HKU10相关冠状病毒。此外,Myotocovirus、Pedacovirus和另一个尚未经确认的亚属包括来自蝙蝠科的HKU6、HKU-10、512相关的冠状病毒。Nyctacovirus亚属包括来来自蝙蝠科的冠状病毒,Minunacovirus亚属则包括来自长翼蝠科的HKU7、HKU8、1A、1B等冠状病毒。

研究团队认为,这7个家系表明蝙蝠之间发生频繁的跨种传播事件,菊头蝠科和蝙蝠科最有可能是蝙蝠α-冠状病毒的祖先宿主。

β-冠状病毒则由四个亚属组成。Merbecovirus亚属以蝙蝠科作为宿主,包括MERS相关冠状病毒、HKU4、HKU5冠状病毒;Nobecovirus亚属来自狐蝠科,包括HKU9冠状病毒; Hibecovirus亚属来自蹄蝠科;Sarbecovirus亚属主要包括来自菊头蝠的SARS相关冠状病毒和HKU3冠状病毒。

研究团队还指出,在Sarbecovirus亚属进化树上,新冠病毒SARS-CoV-2和来自马来菊头蝠、中菊头蝠以及穿山甲的冠状病毒亲缘关系最近。

研究团队认为,蝙蝠β-冠状病毒的进化祖先宿主也可能是菊头蝠科和蝙蝠科蝙蝠。

研究团队还比较了α-冠状病毒和β-冠状病毒的跨种传播情况。结果显示,α-冠状病毒跨科传播的发生率是β-冠状病毒的5倍。在α-冠状病毒中,来自菊头蝠科和长翼蝠科的跨科传播更加常见;而对β-冠状病毒来说,来自菊头蝠科的跨科传播最为常见。

研究团队还利用贝叶斯离散地理模型研究了中国蝙蝠冠状病毒在不同区域的传播扩散特征,他们将中国各地划分为6个动物地理区域:西南地区(SW)、北方地区(NO)、中北部地区(CN)、中部地区(CE)、南方地区(SO)和海南岛(HI)。

结果显示,在α-冠状病毒中,包括HKU2、SADS冠状病毒在内的Rhinacovirus亚属成员可能起源于南方地区;其它α-冠状病毒可能起源于西南地区并传播到其它地区。

在β-冠状病毒方面,南方地区可能是Merbecovirus亚属(包括HKU4、HKU5冠状病毒)和Sarbecovirus亚属(包括HKU3和SARS相关冠状病毒)的起源地。Nobecovirus(HKU9)和Hibecovirus亚属可能起源于西南地区。β-冠状病毒随后可能出现了由南方地区和中部地区向其他地区的扩散;最近也观察到由北方地区向南扩散。

研究团队以每单位时间估计迁移率来看,α-冠状病毒是β-冠状病毒的两倍多,南方地区是α-冠状病毒是β-冠状病毒总迁移事件发生最多的地区。α-冠状病毒在南方地区迁入和迁出事件最多,β-冠状病毒在北方地区和南方地区迁出事件最多,在南方地区和西南地区则迁入事件最多。

总的来说,研究团队认为,菊头蝠在中国蝙蝠α-冠状病毒的历史演化进程和跨种传播中扮演着重要角色。

另外,他们强调,对国内而言,未来的采样和病毒发现应重点关注中国南部和西南部这两个冠状病毒多样化的热点地区,也要关注有类似蝙蝠物种生活的邻近国家。他们提到,不能排除缅甸、老挝、越南或其他东南亚国家作为SARS-CoV-2祖先病毒的起源地。