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病毒宏基因组学识别马来穿山甲的病毒

穿山甲还可以携带哪些病毒


病毒宏基因组学识别穿山甲还可以携带仙台病毒、α冠状病毒、β冠状病毒、γ冠状病毒和δ冠状病毒。
2月7日,华南农业大学发布最新成果,指出穿山甲为新型冠状病毒的潜在中间宿主这一成果,有利于阻断病毒动物源,避免病原的长期传播,促进新型冠状病毒的源头防控。
其实早在去年10月份,广东省动物保护中心陈金平团队就在Viruses杂志上发表文章《Viral Metagenomics Revealed Sendai Virus and Coronavirus Infection of Malayan Pangolins (Manis javanica) 》,通过宏基因组测序分析发现马来亚穿山甲中携带有仙台病毒和冠状病毒,提醒了穿山甲可能是一个危险的病毒传播者。


研究背景

穿山甲是世界上被偷猎和贩卖最多的哺乳动物,中国已采取了一系列措施来保护和拯救它们。先前有报道从中国穿山甲身上获得了副流感病毒5(PIV5)的全基因组序列,表明穿山甲不仅面临着人类的危害,而且还面临着传染病的风险。近年来,大量的病毒宏基因组研究发现,人类、猪、牛、蝙蝠、猫、马、鸡和其他动物携带的致病性病毒,其中一些成功地分离出了新的病毒株。然而,我们对穿山甲等珍稀濒危陆生脊椎动物的疾病及其病因知之甚少。
广东省野生动物救助中心从缉私海关收到了21只活的马来穿山甲,包括成年和亚成年个体。它们大多数身体状况不佳,身体上布满了皮疹,经过抢救后仍有16只死亡。死亡的穿山甲大多肺肿胀,含泡沫液,伴有肺纤维化,少数穿山甲出现肝脾肿胀。本研究收集了11只死亡穿山甲的肺、淋巴结和脾脏,共21个有明显症状的器官样本,通过病毒宏基因组研究,揭示了病毒的多样性和病毒潜在病因的分子流行病学。将有助于穿山甲疾病的研究和后续的抢救工作。
 
研究方法


 

研究结果

1. 病毒基因组学
对11只死亡穿山甲的肺、淋巴结和脾脏共21个器官样本进行病毒宏基因组测序,获得227.32GB的数据。其中有233,587条reads可以比对上NR数据库中的病毒(约占总reads的0.03%)。每个样本中与病毒相关的reads数在2,856-78,052之间(表1)。分布最广的是疱疹病毒科和副粘病毒科,其相关的reads数约占总病毒序列的85%(图1)。

 
图1 不同样品病毒序列组成分析



表1  21个样品的reads和contig分析数据一览表

通过使用MEGAHIT(v1.0)组装生成contig序列,共获得62,508个唯一contig,最大长度为13,503bp(表2)。对contigs进行分类和鉴定,鉴定出20.59%的DNA病毒和79.41%的RNA病毒,其中14.71%被鉴定为噬菌体。所有唯一的contig中,丰度最高的前30个分别为副粘病毒科、黄病毒科和尾状病毒科(图2)。


 
表2 序列相似度高的contigs信息被确认为仙台病毒。



图2 丰度最高的30个contigs在每个样品的分布情况

 

2. 仙台病毒

在11个马来穿山甲样本中,有6个鉴定出仙台病毒。例如,从样本19的肺组织中鉴定到长度为13,232bp的contig序列,与仙台病毒分离株的全基因组序列具有较高的同源性(89.76%),约占病毒基因组长度的86%(15,384bp)。其他确认为仙台病毒的contigs长度在608-7,027bp之间(表2)。
系统发育分析显示,来自马来穿山甲的13,232bp的contig序列与来自人类的仙台病毒之间的关系最为密切,与从老鼠身上分离的菌株距离最远(图3)。每个基因序列的系统发育的结果同样显示,来自马来穿山甲的仙台病毒与来自人类的遗传距离最接近(图4)。


图3:马来穿山甲等宿主仙台病毒的系统发育树


图4:马来穿山甲和其它宿主的仙台病毒各基因的系统发育树

 
3. 冠状病毒

在11个马来穿山甲样本中,有2个样本(样本07和08)鉴定出冠状病毒科的成员。虽然冠状病毒种类繁多,但分布最广的是SARS冠状病毒(表3)。系统发育分析显示了冠状病毒contigs与四个冠状病毒属(α冠状病毒、β冠状病毒、γ冠状病毒和δ冠状病毒)之间存在多种关系(图5)。



图5:马来穿山甲和其它宿主的冠状病毒的系统发育树表



表3:序列相似度高的contigs信息被证实为冠状病毒

结论

死亡的马来穿山甲具有高度的病毒多样性,仙台病毒和冠状病毒可能是导致其死亡的主要病原体。仙台病毒与人类分离株的关系密切,冠状病毒序列具有高度的物种多样性。这是中国首次对穿山甲病毒多样性进行宏基因组研究。这项研究扩展了我们对濒危物种中病毒多样性的理解,以及直接或间接跨越到其他哺乳动物的能力。
科研人员当时并不知道,当时鉴定到的这 11 只穿山甲中的2个病毒序列,会和几个月之后的另外一个冠状病毒高度同源,其中一段核心序列的相似度高达 97%。而它就是将会改变很多人的生活,乃至命运的新冠病毒。
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