复旦大学生命科学学院张永振教授带领青年研究员陈燕玫等历经7年研究,9月20日在国际顶尖学术期刊《细胞》(《Cell》/ 影响因子64.5)上发表重要论文,在国际上首次对人类传染病最重要的动物传染源——啮齿类、蝙蝠和鼩鼱三类小型哺乳动物进行了全面、系统的病毒多样性、进化生态学及播散规律的研究,发现大量病毒已具有突破物种间遗传障碍感染给人的传播能力,并证实“宿主特征决定野生小型哺乳动物中病毒组成和跨种间传播”。
本网讯 (驻地记者 孙国根)复旦大学生命科学学院张永振教授带领青年研究员陈燕玫等历经7年研究,9月20日在国际顶尖学术期刊《细胞》(《Cell》/ 影响因子64.5)上发表重要论文,在国际上首次对人类传染病最重要的动物传染源——啮齿类、蝙蝠和鼩鼱三类小型哺乳动物进行了全面、系统的病毒多样性、进化生态学及播散规律的研究,发现大量病毒已具有突破物种间遗传障碍感染给人的传播能力,并证实“宿主特征决定野生小型哺乳动物中病毒组成和跨种间传播”。 该成果为建立新发突发传染病预报预测系统奠定了坚实的理论基础与技术支撑,对实现预测新发突发传染病如同天气预报一样的目标有重要意义。
该论文获得审稿专家的高度评价:“本项研究提供了迄今为止独一无二的野生哺乳动物病毒组数据集,揭示了病毒在野生小型哺乳动物中的进化生态学规律。尤其是对同一个体不同组织器官中病毒组的探究别出心裁,对病毒进化历史的研究非常有趣,且极具重要科学意义,预期将得到研究新发传染病、病毒宿主范围、多样性、进化与生态学等领域研究人员的广泛关注、阅读和引用。”
张永振说,人类的大多数传染病来源于野生动物,经跨种间传播感染人。新发现的大量病毒也意味着它们已具有突破物种间的遗传障碍感染人的可能。欲实现像天气预报那样对未来的新发突发传染病进行预测预警,主动防控,减少对人类的危害,就必须掌握自然界中病毒的本底、地理分布、宿主类型,尤其需查清它们在宿主动物中的进化、生态、播散规律。
为此,张永振团队在浙江、湖北两省选择了代表亚热带地区四种自然生境的温州、龙泉、荆门、五峰地区,进行现场生态学与流行病学调查研究。从上述四个地区采集了翼手目(蝙蝠)、食虫目(鼩鼱)和啮齿目(鼠类)等三类野生小型哺乳动物,共计44种4336只。
研究团队首先建立了病毒筛查发现体系,对其中一半以上的蝙蝠、鼠、鼩鼱的内脏器官和粪便样本进行病毒组研究,最终鉴定出669种病毒,其中包括534种全新病毒。这些病毒来源超过42个病毒科。大量新病毒的发现极大地扩展了对野生小型哺乳动物携带的病毒组及其多样性的认知。研究团队在除毛马蹄蝠外的43种野生小型哺乳动物物种中都发现了病毒。其中,每种蝙蝠平均携带11.4种病毒,每种鼠携带9.2种病毒,每种鼩鼱携带48.3种病毒。尤其是斯氏缺齿鼩鼱,单一物种携带了高达150种病毒,颠覆了已有认知。
研究团队对同一动物物种不同脏器或粪便携带的病毒组进行深入研究,发现野生小型哺乳动物所携带病毒在宿主个体内的分布规律:不同病毒科的病毒在这些动物内脏器官的分布和丰度均呈现出极大差异。例如:星状病毒科、杯状病毒科、冠状病毒科和小核糖核酸病毒科的病毒在粪便中几乎都以高丰度存在,而副粘病毒科的病毒在肾脏中的检出率与丰度最高。值得注意的是,即使来自同一科的病毒在不同的动物中也有不同的宿主体内分布。例如:与蝙蝠相比,副粘病毒在鼠体内更倾向于多器官分布。尤为重要的是,研究发现,当病毒在主要靶器官中的丰度达到一定水平时,它们就能“溢出”到其他内脏器官。此外,还发现了在8种蝙蝠、5种老鼠和1种鼩鼱中的13种冠状病毒,但并没有发现新型冠状病毒(SARS-CoV-2)及其相关病毒。
新发现的病毒许多与已知的人或家畜病原体有较近的亲缘关系。例如:从温州和五峰地区的蝙蝠中发现的正腮腺炎病毒与已知的人类正腮腺炎病毒4型病毒氨基酸序列同源性为70%,在温州黑线姬鼠与臭鼩鼱中发现的一种新型亨尼帕病毒与近期在发热病人和鼩鼱中发现的琅雅病毒亲缘关系也较近。
这些数据表明需要在与这些动物物种频繁接触的人群中加强监测。
另外,研究还发现大量以前被认为是无脊椎动物特异或相关的病毒,这些病毒首次在哺乳动物中发现,其中很多呈现多脏器、高丰度分布,表明这些节肢动物特异或相关的病毒真正地感染了小型哺乳动物宿主,而非仅源自于宿主的进食。节肢动物特异或相关的病毒在鼩鼱中的检出率最高,鼩鼱又是主要以节肢动物为食,这也意味着脊椎动物的病毒来源于节肢动物,而鼩鼱在其中发挥了重要作用。
为了更好发现病毒在野生小型哺乳动物中的播散规律,研究团队构建了宿主-病毒相关网络。对于蝙蝠和鼩鼱来说,病毒的跨物种传播更频繁地发生在生活在同一栖息地的不同种群间。然而,在鼠类中,超过一半的跨物种传播病毒在不同地点的种群中被发现,这与鼠类迁移能力强和地理分布广泛有关。另外,由于生境的重叠性,鼠类和鼩鼱更有可能携带相同的病毒。
张永振说,为了进一步确定野生哺乳动物中病毒组成和病毒跨物种传播的生态驱动因素,研究人员进行了全子集回归分析,结果发现:宿主物种特征和种群大小是影响病毒组组成和病毒跨物种传播的最重要因素。鼩鼱携带有种类极为丰富的病毒,包括多种多样的无脊椎动物相关病毒,并且这些病毒中的大部分在鼩鼱体内呈现出多器官分布,提示鼩鼱是无脊椎动物相关病毒向脊椎动物病毒转化的重要中间宿主;而啮齿动物携带更多具有跨宿主传播能力的病毒;且宿主因素对病毒跨物种传播概率的影响在不同病毒科中也有所不同,而在宿主体内呈现多器官分布的病毒更有可能溢出并感染多种宿主。
(论文文链接:https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.08.029)
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