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PNAS | 蝙蝠中发现第一种具有复制能力的外源逆转录病毒,可在体外感染人类细胞

逆转录病毒是一种广泛存在且多样的RNA病毒,是最重要的人畜共患病毒之一。逆转录病毒具有整合入宿主细胞基因组的能力,当整合到宿主生殖系细胞中时,它们就会“垂直”地从母体传播到后代,被称为内源逆转录病毒。在动物进化的过程中,内源逆转录病毒和相关修饰元件已在后代基因组中无处不在。例如人类基因组8%来源于逆转录病毒。

对人类及其他哺乳动物来说,蝙蝠是高度致病性新型病毒的储存库。已有基因组分析表明,蝙蝠在大多数进化史中一直是逆转录病毒的宿主,对不同哺乳动物物种间的逆转录病毒传播起到了关键作用。目前已知几种逆转录病毒会引起免疫缺陷(例如HIV)和恶性肿瘤(考拉逆转录病毒KoRV)。但迄今为止,尚未在蝙蝠中发现和报道可水平传染的外源逆转录病毒。

来源:PNAS

近日,由澳大利亚、德国和新加坡科学家组成的研究团队报告称,在澳大利亚和亚洲蝙蝠中发现并鉴定了一组与KoRV相关的γ逆转录病毒。其中,在澳大利亚黑蝇狐蝠粪便中鉴定的Hervey pteropid逆转录病毒(HPG),这是在蝙蝠中鉴定的第一种具有复制能力的外源逆转录病毒。研究发现,HPG可在体外感染蝙蝠和人类细胞,但不能感染小鼠细胞。4月13日,该研究成果发表在PNAS上,文章题为“Infectious KoRV-related retroviruses circulating in Australian bats”。

KoRV是一种传染性逆转录病毒,目前正在考拉基因库中进行内源化。为加深对蝙蝠作为KoRV相关逆转录病毒的宿主和潜在传播作用的了解,2007年至2014年,研究团队在澳大利亚收集了479份蝙蝠粪便、血液、尿液和口腔拭子样本,利用基于宏基因组的RNA和RT-PCR进行分析,并进行序列数据库(Sequence Read Archive )搜索,检测是否存在KoRV相关病毒。

分析显示,澳大利亚和亚洲蝙蝠中存在新型KoRV相关γ逆转录病毒,并在澳大利亚黑蝇狐蝠的粪便中鉴定出新型逆转录病毒HPG。通过改进的单细胞全转录组扩增方法,研究人员生成了完整的HPG基因组序列。结果显示,HPG基因组长度为8,030 nt,类似于KoRV-A和长臂猿白血病病毒(GALV)(分别为7,994 nt和8,087 nt)。

图1.HPG的基因组包含保守的功能基序,类似于KoRV-A和GALV。来源:PNAS

图2.HPG的电子显微照片。来源:PNAS

根据逆转录病毒基因组的系统发育分析结果显示,HPG是KoRV和长臂猿白血病病毒(GALV)的近亲。澳大利亚和亚洲蝙蝠的多个种系中存在KoRV相关γ逆转录病毒,但澳大利亚与亚洲蝙蝠生物逆转录病毒系统发育不同。

图3.KoRV相关病毒之间的进化关系。来源:PNAS

值得注意的是,HPG可在体外感染蝙蝠和人类细胞,但不能感染小鼠细胞,并且显示出与KoRV-A和GALV类似的细胞嗜性模式。通过二次感染检测,证实HPG可在宿主细胞中进行连续的复制。

图4.HPG可在体外感染人和蝙蝠细胞系。来源:PNAS

此外,通过对HPG进行特异性PCR分析发现,HPG尚未整合到研究中部分蝙蝠的基因组中。蝙蝠血清学和粪便核酸分析结果显示,澳大利亚东北部多个地方的蝙蝠中都存在HPG和KoRV相关序列以及血清学证据,表明不同种系的许多蝙蝠已经暴露于HPG和KoRV相关病毒。蝙蝠或是外源KoRV相关γ逆转录病毒的重要储存库。 

研究团队认为,来自多种澳大利亚蝙蝠、亚洲蝙蝠的KoRV相关病毒,与长臂猿、考拉和啮齿动物中的病毒有着密切的进化关系,表明澳大利亚和亚洲蝙蝠种群对KoRV相关病毒在其他哺乳动物间的传播中可能起着潜在的作用。

作为自然界中的一种微小生物,病毒深刻地影响人们的生活,甚至改变人类发展的历史。例如β冠状病毒属的新成员:新冠病毒(SARS-CoV-2),已在世界范围内造成超过180万人感染,世界各国都面临着严峻的公共卫生挑战。通过加深对致病性病毒在蝙蝠种群中以及其他哺乳动物间传播的认识,或有助于为类似传染病的预防工作提供支持。

参考资料:

Infectious KoRV-related retroviruses circulating in Australian bats, PNAS,https://doi.org/10.1073/pnas.1915400117

https://www.pnas.org/content/early/2020/04/08/1915400117

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