העברת בני אדם לבעלי חיים שכיחה יותר ממה שחשבו בעבר

במחקר שפורסם לאחרונה ב טבע אקולוגיה ואבולוציההחוקרים רתמו נתונים גנומיים נגיפיים זמינים לציבור, תוך שימוש בחבילה מקיפה של ניתוחי רשת ופילוגנטיים כדי לחקור את המנגנונים האבולוציוניים העומדים בבסיס קפיצות מארח ויראלי אחרונות.

לימוד: המניעים והקורלציות האבולוציוניות של קפיצות מארח ויראלי. קרדיט תמונה: Kateryna Kon/Shutterstock.com

רקע כללי

וירוסים המצויים בחולייתנים שאינם אנושיים גורמים לעיתים קרובות למחלות זיהומיות, התפרצויות, מגיפות ומגיפות כאשר הם מתפשטים לאנשים. קפיצות מארח זואונוטיות, או העברה של וירוסים מאוכלוסיות חיות בר וחיות בית לבני אדם, השפיעו במידה ניכרת על בריאות האדם.

הידע הנוכחי אינו מספיק כדי לחזות, למנוע ולשלוט בחששות עתידיים של מחלות זיהומיות מכיוון שרק חלק זעיר מהזן הנגיפי הוגדר, עם מחקרי מעקב חסרי כיסוי גיאוגרפי וזמני. הבנת התהליכים האבולוציוניים העומדים בבסיס קפיצות המארח עשויה לסייע בהפחתת ההשפעות הללו.

לגבי המחקר

במחקר הנוכחי, חוקרים ניתחו 12 מיליון וירוסים ברצף ומידע מארח שסופק על ידי המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגיה (NCBI) כדי להעריך ניטור גנומי ויראלי ברחבי העולם.

הם זיהו דפוסי-על של כיווניות קפיצה מארח ויראלי בקרב בני אדם ובעלי חוליות לא אנושיים והעריכו יכולת הסתגלות נצפית הקשורה לקפיצות מארח פוטנציאליות.

החוקרים חקרו סימני אבולוציה אדפטיבית בחלבונים ויראליים המקלים או שומרים על קפיצות מארח. הם השיגו מידע על כל הרצפים הנגיפיים הזמינים בנגיף NCBI (n = 11,645,803) כדי לקבוע את היקף המידע הגנומי הנרכש.

לאחר מכן אספו החוקרים 58,657 גנומים נגיפיים מבוקרת איכות מנגיף NCBI, המכסים 32 משפחות ויראליות ו-62 סדרי מארחים של בעלי חוליות, המהווים 24% מכלל המינים הנגיפיים של בעלי החוליות.

הם השתמשו בטכניקה של תיאוריית רשת אגנוסטית של מינים כדי לזהות קליקות ויראליות שהן קבוצות טקסונומיות נפרדות עם רמות דומות של שונות גנטית.

החוקרים מצאו קפיצות מארח פוטנציאליות בתוך קליקות ויראליות אלה באמצעות יישור גנום שלם שנאסף ושחזור פילוגנטי בעל סבירות מקסימלית.

הם היוו את מדד הבחירה הכיוונית השכיח ביותר ברמת הגנום, כלומר, היחס בין החלפות חומצות אמינו מסוג לא נרדף בכל אזור לא נרדף (dN) לזה של תחליפים נרדפים עבור כל אתר נרדף (dS).

החוקרים בדקו האם עוצמת הבחירה הקשורה לכופ מארח פוחתת עבור וירוסים עם טווחי מארח רחבים. הם השתמשו במודל ליניארי כדי לחזות הבדלי log10 (dN/dS) בין קפיצות מארח ושאינן מארח והשפעות חברות בקליקה כדי להעריך אותות הסתגלות פוטנציאליים הקשורים לשושלות שחוו קפיצות מארח עבור קטגוריות הגנים השונות.

החוקרים ציפו שבתוך כל גן, שינויים אדפטיביים יהיו מוגבלים לאזורים קריטיים מבחינה תפקודית או יהיו נתונים ללחצים סלקטיביים גבוהים משמעותית מחסינות המארח.

תוצאות

המחקר מצא שאנשים הם גם מקור וגם שקע לאירועי זליגה נגיפית, עם יותר העברות מארח ויראלי מבני אדם למינים אחרים מאשר מבעלי חיים לבני אדם.

עבור וירוסים עם טווחי מארח גדולים יותר, רמת ההסתגלות הקשורה לקפיצה מארח קטנה יותר, כאשר גנים מבניים או עזר משמשים כמטרות בחירה ראשוניות. העבודה חושפת פערים ניכרים במעקב עולמי של בעלי חיים גנומיים נגיפיים, המדגישה את הצורך בדיווח מטא-נתונים מדגמים קפדני.

עיקר הרצפים הויראליים ב-NCBI (68%) היו קשורים לתסמונת הנשימה החריפה הנגיף 2 (SARS-CoV-2), המדגים רצף נרחב במהלך מחלת הקורונה 2019 (COVID-19).

אוסף זה הכיל 93% מרצפים ויראליים הקשורים לחוליות, ורובם (93%) היו קשורים לבני אדם. ארבעת הנגיפים עם הגנומים המרוכזים ביותר (Gallus, Sus, Anas ובוס) היו מקושרים לחיות בית, ו-15% מהרצפים הנגיפים היו מבעלי חוליות.

מטא-נתונים של מארח שהועלו על ידי משתמשים עבור רצפים ויראליים נותרו בלתי מספקים, כאשר 37% ו-45% מהרצפים הגנומיים הנגיפיים ממארחים לא אנושיים חסרים מידע מארח קשור בתקופת איסוף המדגם וברמות הסוג, בהתאמה. החלק של המידע החסר משתנה באופן משמעותי בין משפחות וירוסים לאומות.

החוקרים גילו 5,128 קליקות ויראליות המשתרעות על פני 32 משפחות ויראליות הדומות מאוד למינים המוגדרים על ידי ICTV. למרות האופי הממוקד בבני אדם של ניטור גנומי, קליקות ויראליות הכוללות רק חיות מהוות 62% מכלל הקליקים, מה שמדגים את המגוון הרחב של וירוסים של בעלי חיים ברשת לשיתוף ויראלים ברחבי העולם.

המחקר הראה שהמרחק המוטציוני המינימלי לזינוק מארח משוער בתוך כל קליק ויראלי היה גבוה בהרבה מזה של קפיצות שאינן מארח, מה שמראה שמדידות ההסתגלות לא היו מוטות.

טווח המארח שנצפה עבור כל קליקה נגיפית נמצא בקורלציה חיובית עם עוצמת רצף גבוהה יותר, מה שמעיד על קשר חיובי משמעותי בין המגוון הבין-מארח של אורגניזמים ויראליים לבין מאמצי המעקב.

עוצמת אותות ההסתגלות הייתה שונה לפי משפחה, כאשר חלבונים מבניים בנגיף קורונה מראים את האותות הגבוהים ביותר וחלבוני עזר בנגיפים של פרמיקסו.

סיכום

ממצאי המחקר מראים כי נתונים גנומיים ברשות הרבים מסייעים בהבנת קפיצות מארח ויראלי, אך ישנם פערים בהבנת המגוון הנגיפי. 81% מקפיצות המארח הפוטנציאליות שזוהו אינן מערבות בני אדם, מה שמדגיש את קנה המידה של רשת השיתוף הוויראלי העולמי.

חקירת זרימת הווירוסים ברשת זו יכולה לספק תובנות לגבי ניהול הופעת מחלות זיהומיות בממשק אדם-חיה. המחקר מצא שבני אדם מעבירים יותר אורגניזמים ויראליים לבעלי חיים מאשר בני אדם, וקפיצות של וירוסים מרובי מארח דורשות פחות התאמות.

הגישה הטקסונומית-אגנוסטית זיהתה קליקות התואמות את המינוח המסורתי של מינים ויראליים, אך גם הדגישה חוסר עקביות. ניטור העברה מאדם לחיה של וירוסים הוא חיוני לניהול מחלות זיהומיות.