PNAS|新冠病毒的快速突变,结果好坏难预测

PNAS|新冠病毒的快速突变,结果好坏难预测

目前,一系列报道均表明新型冠状病毒病的大流行是新冠病毒从动物向人类的传播的结果,并且有证据表明新冠病毒向其他动物物种扩散的频率正在加快。通常跨物种传播会导致病毒对新宿主的快速适应,从而病毒进化以及新毒株的产生。揭示新冠病毒在动物物种间的传播和进化机制显得越来越重要。


2021年9月15日,科罗拉多州立大学和宾西法尼亚大学联合在著名杂志PNAS上刊登了一篇名为SARS-CoV-2 evolution in animals suggests mechanismsfor rapid variant selection的研究,该文章的研究者评估了 SARS-CoV-2 USA-WA1/2020 毒株在 Vero E6 细胞中三次传代的进化情况,然后比较了SARS-CoV-2 USA-WA1/2020 毒株感染狗 (n = 3)、猫 (n = 6)、仓鼠 (n = 3) 和雪貂 (n = 1) 后, 新冠病毒基因组的变异情况。这篇文章使人对新冠病毒的进化威胁产生了担忧。目前新冠已经完成了从动物到人再到动物到回传。该研究使用集中动物模型解释了新冠病毒的快速突变选择机制。这种宿主的切换可能会加速新冠的进化,而进化结果的好坏难以预测。


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01


SARS-CoV-2在传播中存在大量单核苷酸和结构变异


在所有的16个数据集中共观察到了 270 次突变,包括242 个单核苷酸变异(SNV)和 28 个结构变异(SV;插入和缺失)。其中有 88 个独特的突变,这包括 74 个 SNV 和 14 个 SV。并且检测到 25% 或更高的频率的突变71 个(26.3%)。


另外研究者发现一个奇怪的现象,有7个新冠病毒 的SNV从一个或多个物种中发现,而且其发生在与人类或其他物种的变异相一致的位置。这一位置很可能是病毒适应性传播的关键位点,值得科学家们高度关注。

 

02


SARS-CoV-2病毒的进化因物种、基因区域和个体而异


在不同物种中检测到的独特变异数量没有显著差异,同时对物种内变异分布的分析表明,变异在同一物种的个体中分布不均匀,大多数变异只在每个物种内的一个个体中检测到。


非同义(piN)、同义(piS)核苷酸多样性以及piN / piS是宿主内多样性和选择特征的衡量标准。通过比较从感染的猫、狗、仓鼠和雪貂身上提取的SARS-CoV-2基因组序列发现非同义(piN)和同义(piS)核苷酸多样性发现,piN显著大于piS。


新冠病毒序列也没有按物种聚类,除在原始接种物序列中检测到的变异外,69.6%的新变异出现在一个物种中,11.6%出现在两个物种中,17.4%出现在三个物种中。在所有四种动物中,只有一种变异检测不到,即NSP6中L37位点的单核苷酸插入导致移码突变。

 


小编寄语



此项研究报告了在细胞培养和非人类哺乳动物宿主(包括狗和猫)感染后,大量新冠病毒变异的惊人快速选择。新冠病毒的这些分子变化为了解病毒宿主适应机制提供了依据,为进一步研究显性变异的适应度和表型奠定了基础,并突出了与人类密切和频繁接触的物种产生的新病毒变异在人类中再次感染的可能性。


体外和体内的快速适应强调了新冠病毒的非凡可塑性和适应潜力。病原体在强大的选择压力下在寄主环境中繁殖,而寄主的防御系统是一致的,以防止病原体复制。监测新冠病毒在有可能感染人类的宿主中的进化应该是当务之急,因为人类和动物毒株之间的全新变异或重组可能导致改变传播途径和疫苗效力。该工作还说明,病毒在细胞培养和实验感染中传代后的进化和适应远比通常公认的复杂。

 

参考文献:https://www.pnas.org/content/118/44/e2105253118

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本篇文章来源于微信公众号:药时代

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