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病毒宏基因組學識別馬來穿山甲的病毒

穿山甲還可以攜帶哪些病毒


病毒宏基因組學識別穿山甲還可以攜帶仙臺病毒、α冠狀病毒、β冠狀病毒、γ冠狀病毒和δ冠狀病毒。
2月7日,華南農業大學發布最新成果,指出穿山甲為新型冠狀病毒的潛在中間宿主這一成果,有利于阻斷病毒動物源,避免病原的長期傳播,促進新型冠狀病毒的源頭防控。
其實早在去年10月份,廣東省動物保護中心陳金平團隊就在Viruses雜志上發表文章《Viral Metagenomics Revealed Sendai Virus and Coronavirus Infection of Malayan Pangolins (Manis javanica) 》,通過宏基因組測序分析發現馬來亞穿山甲中攜帶有仙臺病毒和冠狀病毒,提醒了穿山甲可能是一個危險的病毒傳播者。


研究背景

穿山甲是世界上被偷獵和販賣最多的哺乳動物,中國已采取了一系列措施來保護和拯救它們。先前有報道從中國穿山甲身上獲得了副流感病毒5(PIV5)的全基因組序列,表明穿山甲不僅面臨著人類的危害,而且還面臨著傳染病的風險。近年來,大量的病毒宏基因組研究發現,人類、豬、牛、蝙蝠、貓、馬、雞和其他動物攜帶的致病性病毒,其中一些成功地分離出了新的病毒株。然而,我們對穿山甲等珍稀瀕危陸生脊椎動物的疾病及其病因知之甚少。
廣東省野生動物救助中心從緝私海關收到了21只活的馬來穿山甲,包括成年和亞成年個體。它們大多數身體狀況不佳,身體上布滿了皮疹,經過搶救后仍有16只死亡。死亡的穿山甲大多肺腫脹,含泡沫液,伴有肺纖維化,少數穿山甲出現肝脾腫脹。本研究收集了11只死亡穿山甲的肺、淋巴結和脾臟,共21個有明顯癥狀的器官樣本,通過病毒宏基因組研究,揭示了病毒的多樣性和病毒潛在病因的分子流行病學。將有助于穿山甲疾病的研究和后續的搶救工作。
 
研究方法


 

研究結果

1. 病毒基因組學
對11只死亡穿山甲的肺、淋巴結和脾臟共21個器官樣本進行病毒宏基因組測序,獲得227.32GB的數據。其中有233,587條reads可以比對上NR數據庫中的病毒(約占總reads的0.03%)。每個樣本中與病毒相關的reads數在2,856-78,052之間(表1)。分布最廣的是皰疹病毒科和副粘病毒科,其相關的reads數約占總病毒序列的85%(圖1)。

 
圖1 不同樣品病毒序列組成分析



表1  21個樣品的reads和contig分析數據一覽表

通過使用MEGAHIT(v1.0)組裝生成contig序列,共獲得62,508個唯一contig,最大長度為13,503bp(表2)。對contigs進行分類和鑒定,鑒定出20.59%的DNA病毒和79.41%的RNA病毒,其中14.71%被鑒定為噬菌體。所有唯一的contig中,豐度最高的前30個分別為副粘病毒科、黃病毒科和尾狀病毒科(圖2)。


 
表2 序列相似度高的contigs信息被確認為仙臺病毒。



圖2 豐度最高的30個contigs在每個樣品的分布情況

 

2. 仙臺病毒

在11個馬來穿山甲樣本中,有6個鑒定出仙臺病毒。例如,從樣本19的肺組織中鑒定到長度為13,232bp的contig序列,與仙臺病毒分離株的全基因組序列具有較高的同源性(89.76%),約占病毒基因組長度的86%(15,384bp)。其他確認為仙臺病毒的contigs長度在608-7,027bp之間(表2)。
系統發育分析顯示,來自馬來穿山甲的13,232bp的contig序列與來自人類的仙臺病毒之間的關系最為密切,與從老鼠身上分離的菌株距離最遠(圖3)。每個基因序列的系統發育的結果同樣顯示,來自馬來穿山甲的仙臺病毒與來自人類的遺傳距離最接近(圖4)。


圖3:馬來穿山甲等宿主仙臺病毒的系統發育樹


圖4:馬來穿山甲和其它宿主的仙臺病毒各基因的系統發育樹

 
3. 冠狀病毒

在11個馬來穿山甲樣本中,有2個樣本(樣本07和08)鑒定出冠狀病毒科的成員。雖然冠狀病毒種類繁多,但分布最廣的是SARS冠狀病毒(表3)。系統發育分析顯示了冠狀病毒contigs與四個冠狀病毒屬(α冠狀病毒、β冠狀病毒、γ冠狀病毒和δ冠狀病毒)之間存在多種關系(圖5)。



圖5:馬來穿山甲和其它宿主的冠狀病毒的系統發育樹表



表3:序列相似度高的contigs信息被證實為冠狀病毒

結論

死亡的馬來穿山甲具有高度的病毒多樣性,仙臺病毒和冠狀病毒可能是導致其死亡的主要病原體。仙臺病毒與人類分離株的關系密切,冠狀病毒序列具有高度的物種多樣性。這是中國首次對穿山甲病毒多樣性進行宏基因組研究。這項研究擴展了我們對瀕危物種中病毒多樣性的理解,以及直接或間接跨越到其他哺乳動物的能力。
科研人員當時并不知道,當時鑒定到的這 11 只穿山甲中的2個病毒序列,會和幾個月之后的另外一個冠狀病毒高度同源,其中一段核心序列的相似度高達 97%。而它就是將會改變很多人的生活,乃至命運的新冠病毒。
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