关键词:
蝙蝠
病毒组
生态驱动因素
人兽共患病
新发传染病
摘要:
蝙蝠是多种新发病毒的自然宿主,COVID-19的全球大流行更是加剧了人们对蝙蝠作为新发病毒库的关注。蝙蝠是仅次于啮齿动物的第二大哺乳动物类群,因其独特的免疫系统,能够在不发病的状态下携带并传播多种病原体,包括马尔堡病毒、SARS冠状病毒、亨德拉病毒和狂犬病毒等人兽共患病毒。我国拥有丰富的蝙蝠资源,已知的蝙蝠种类多达141种,隶属于7个科、34个属,而蝙蝠体潜藏着大量尚未被充分研究的新型病毒。虽然科学家已鉴定出多种蝙蝠携带的病毒,但对于病毒如何在蝙蝠和其他动植物之间传播,尤其是在不同生态系统中,目前的研究仍非常有限。
随着高通量测序技术的发展,病毒宏基因组学现已成为研究病毒多样性和发现未知病毒的高效工具。鉴于我国面临着严峻的新发传染病防控形势,有必要通过病毒宏基因组学方法,在大尺度的地理和生态学范围内全面分析我国蝙蝠携带的RNA病毒群,识别潜在的人兽共患威胁,同时探究影响病毒多样性和宿主-病毒相互作用的生态环境因素,为我国蝙蝠病毒的持续监测和新发传染病的防控工作提供重要的数据支持。
本研究于2008年至2022年期间,在广西、云南、广东、海南、福建、浙江、新疆、吉林、宁夏、江西和贵州11个省和自治区的52个市采集了7科16属40种蝙蝠共4,143只。通过宏病毒组学测序分析,从2.4 Tb的高质量数据中组装得到146,644,037个重叠序列(contigs)。综合运用序列相似性比对和隐马尔科夫模型识别出1,967,851个病毒样序列(Virus-like sequences,VLSs)。为了确保数据的准确性,排除了1,572,951条可能存在污染或假阳性的序列。经过去冗余处理,最终鉴定出包含8,176个RNA病毒序列的高质量宏基因组数据集(BtCN-Virome)。这些病毒序列涵盖了核糖病毒域(Riboviria)中的6个门,其中66.1%(n=5,401条)的序列被归入48个已知的病毒科。在注释到的21个哺乳动物病毒科中,具有重要公共卫生意义的哺乳动物相关病毒包括冠状病毒科的α和β冠状病毒属、丝状病毒科的奎瓦病毒属、副粘病毒科的亨尼帕病毒属、汉坦病毒科的汉坦病毒属和黄病毒科的肝炎病毒属等。与节肢动物相关的病毒科有14个,包括双顺反子病毒科、内罗病毒科、传染性软腐病病毒科、野田村病毒科、李氏蜘蛛病毒科和楚病毒科等。与植物病毒相关的病毒科有8个,如双组分病毒科、内源RNA病毒科、香石竹斑驳病毒科、番茄丛矮病毒科、马铃薯Y病毒科和南方菜豆花叶病毒科等。剩余的33.9%的序列(n=2,775条)无法归类到现有的病毒分类中,而是可能属于至少10个目中的新病毒科,如光滑裸露病毒门(Lenarviricota)、布尼亚病毒目(Bunyavirales)和荆楚病毒目(Jingchuvirales)等,这些新病毒的发现表明当前仍存在着大量尚未被充分认识的病毒。
通过主坐标分析(Principal coordinate analysis,PCoA)发现,哺乳动物病毒表现出对宿主和/或器官的趋向性,以菊头蝠科和肠道样本的病毒多样性最高。K-mer距离和t-分布随机近邻嵌入(t-distributed Stochastic Neighbour Embedding,t-SNE)降维分析结果显示,在塑造病毒群落的多样性方面,蝙蝠物种的影响超过了样本类型。同时,本研究还全面阐述了食性与蝙蝠携带节肢动物病毒和植物病毒多样性的关系,结果显示,食虫蝙蝠与它们所携带的多种节肢动物病毒之间存在显著的相关性,同样,食果蝙蝠与它们接触的植物病毒多样性紧密相关。以病毒丰富度为因变量构建多元线性回归模型(Multiple linear regression,MLR),分析发现湿度、森林覆盖率、人类活动和蝙蝠系统发育等生态因素影响了肠道和肺脏样本的病毒组组成。对比不同生态环境中的哺乳动物病毒传播数据发现,与野外栖息的蝙蝠相比,在人类居住区活动的蝙蝠携带的病毒种类更为多样,并且将病毒跨物种传播给其他哺乳动物,尤其是人类和家畜的可能性更高。
根据蝙蝠病毒组学的结果,本研究还重点关注了对人类和家畜构成潜在公共卫生威胁的病原体。在中国的8个省级地区的19种蝙蝠中,鉴定出了至少7个病毒科、10个病毒属的15种病毒,包括严重急性呼吸综合征相关冠状病毒(Severe Acute Respiratory Syndrome-related Coronavirus,SARSr-CoV)、中东呼吸综合征相关冠状病毒(Middle East Respiratory Syndrome-related Coronavirus,MERSr-CoV)和猪流行性腹泻病毒(Porcine epidemic diarrhea virus,PEDV)、尼帕病毒(Nipah virus,Ni V)、Llovi