新发现！Nature子刊揭示蝙蝠的病毒多样性和潜在传染风险

2023-07-27 00:07

作者：大黄豆

在新冠病毒席卷全球的背景下，你是否曾对其来源产生过疑问？其实，一个可能的答案就在蝙蝠身上。作为许多人畜共患病毒的“超级宿主”，蝙蝠的病毒多样性和传播模式一直是科学家们研究的焦点。

2023年7月10日，中山大学施莽团队与云南省地方病防治所冯云团队在Nature Communications中发表“Individual bat virome analysis reveals co-infection and spillover among bats and virus zoonotic potential”为题的关于蝙蝠病毒的最新研究，该研究为我们揭示了病毒共感染、跨物种传播以及病毒对人类的潜在威胁。

中国西南部的云南省是蝙蝠物种和蝙蝠病毒多样性的热点地区。在那里已经能检测到许多可能的人畜共患病毒，包括SARS-CoV-2的近亲。因此，在2015年至2019年期间，研究人员共采集中国云南省149 只蝙蝠样本中的哺乳动物相关病毒进行相关研究。

蝙蝠病毒组的表征

研究人员从中国云南省的六个地区收集了149只蝙蝠的直肠样本，并对其进行了RNA提取和测序。研究人员在经过元转录组测序得到的数据中，识别出758个含有病毒特征基因（如RNA病毒的RNA依赖性RNA复制酶）的连续片段。接着，按照国际病毒分类委员会（ICTV）的标准，根据这些连续片段的氨基酸序列和全基因组核苷酸序列进行分类。

研究在蝙蝠中发现了属于12个科的55种哺乳动物关联病毒。在检测到的病毒中，大多数是RNA病毒，占55种病毒种类的46种。轮状病毒科是最常见的病毒科，出现在27.5%的样本中，其次是小RNA病毒科（16.1%）和冠状病毒科（9.4%）。其余的病毒科的患病率相对较低（≤6%）。

研究为每只蝙蝠量化了病毒丰度和病毒种类数量。在分析的149只蝙蝠中，有73只至少携带一种病毒，阳性率为49%。在阳性个体中，42%的蝙蝠被≥1种的病毒感染，每只蝙蝠平均携带1.8种病毒。每只宿主携带的病毒种类在不同的宿主属之间是不均匀的。

蝙蝠之间病毒的跨物种传播

在进行多重假阳性控制后，研究发现了十种在不同蝙蝠物种间共享的病毒，这些病毒来自冠状病毒科（3种）、轮状病毒科（3种）、小RNA病毒科（2种）、微小病毒科（1种）和多形病毒科（1种）。这些病毒在不同蝙蝠物种中的全基因组核苷酸序列一致性在78%到100%之间，其中大多数的一致性大于90%。

采用部分Mantel检验分析发现，亲缘关系更接近或者地理位置更近的蝙蝠个体其哺乳动物相关的病毒组成更相似，并有更多的病毒物种相同。对全部病毒组成（包括所有病毒，如噬菌体）进行的类似分析也得到了相似的结果。例如，Rhinolophus或Hipposideros蝙蝠的病毒组成形成了两个网络模块，其中同一属的个体间更加相互联系（即，共享的病毒更多）而不同属的个体之间的联系则较少。研究进一步使用了泊松回归分析来显示，在控制了采样日期的混淆效应后，蝙蝠个体之间共享的病毒物种数量与宿主的亲缘和地理距离都显著相关。

识别具有潜在较高出现风险的病毒

研究通过系统发育分析，发现五种病毒物种与已知的人类或牲畜病原体密切相关，研究人员将这些病毒称为“关注病毒”。这五种引起关注的病毒属于两个病毒科——冠状病毒科（三种物种）和重组病毒科（两种物种）。值得注意的是，这五种病毒中有四种（除了Bat HKU2-like冠状病毒LS1）在多于一种蝙蝠物种中被检出；这些关注病毒的流行程度相对较高，特别是Bat orthoreovirus BS1和Bat rotavirus A type CX1。

两种SARS相关冠状病毒的进化和人畜共患病潜力

研究评估样本中检测到的两种SARS相关冠状病毒的进化历史和人畜共患潜力：蝙蝠SARS样冠状病毒CX1和蝙蝠SARS样冠状病毒LS1。结果显示，SARS样病毒LS1与SARS-CoV一起形成“S-1”类群，而SARS样病毒CX1与SARS-CoV-2一起形成“S-2”类群。特别值得注意的是，SARS样病毒CX1可能是S-1和S-2系列的重组体。

在全基因组的比较上，SARS样病毒LS1与人类SARS-CoV病毒的遗传相似度最高（93%）。与此相反，尽管存在重组，SARS样病毒CX1与SARS-CoV-2在全基因组层面的遗传相似度为92%。

研究通过建模和分子动力学模拟，评估了SARS样病毒CX1的RBD与人ACE2受体结合的潜力。结果表明，与SARS-CoV-2相比，CX1在RBD中只有五个氨基酸的替代，其中三个位于RBD-hACE2复合物的界面。模拟结果进一步显示，CX1与SARS-CoV-2的RBD-hACE2复合物的结合稳定性和能量非常相似。

通过实验室试验量化了SARS样病毒CX1与人类ACE2受体的结合亲和力。结果表明，SARS样病毒CX1的RBD确实能够与hACE2受体结合，尽管其亲和力相对较低。通过测量RBD-hACE2复合物的离解常数，研究发现SARS样病毒CX1的离解常数为10.7 nM，而SARS-CoV-2和SARS-CoV的离解常数分别为0.26 nM和0.55 nM。

总的来说，这些理论模拟和体外实验结果都表明SARS样病毒CX1可能能够利用人ACE2受体进入细胞。

综上所述，该研究揭示了中国云南省蝙蝠中病毒多样性和传播特征，强调了蝙蝠作为潜在病原体库的重要性。发现高频率的病毒共感染和种间传播，并确认了五种可能对人类和牲畜有致病风险的病毒，其中包括一种与SARS-CoV和SARS-CoV-2密切相关的重组SARS样冠状病毒。这些结果对于预防新兴传染病、制定公共卫生策略至关重要。加强对蝙蝠病毒多样性和传播机制的了解，有助于保护人类和动物的健康，应对潜在的新传染病威胁。

参考文献：Wang, J., Pan, Yf., Yang, Lf. et al. Individual bat virome analysis reveals co-infection and spillover among bats and virus zoonotic potential. Nat Commun 14, 4079 (2023).

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