病毒的跨物种传播和毒力的进化
作者:Ward
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更新:2020-08-05 01:52:44
病毒的跨物种传播和毒力的进化
当前给全人类造成重大危害的新冠病毒可能来源于蝙蝠。
新冠病毒在实现从蝙蝠到人的跨物种传播后,其毒力会如何演变? 本文介绍的原理和方法可能为我们今后进一步思考和研究相关问题提供有益的启示。
题目为《The phylogenomics of evolving virus virulence ( 病毒毒力的进化与系统基因组学 )》的综述论文于2018年12月发表在 Nature Reviews
图1 毒力进化的系统基因组学 image.png 减毒病原体  image.png致命的病原体 a 毒力决定因子位于深的节点(deep node) 毒力决定因子被映射到系统发育树上一个相当深的节点的系统发育模式,这表明更高的毒力提高了病毒的适应性(fitness)。
b 毒力决定因子位于浅的节点(shallow node) 毒力特征映射到系统发育树上浅节点的系统发育模式,这表明高毒力降低了病原体的适应性,因此带有这些突变的病毒被从种群中清除或需要代偿性突变。
C 平行进化或趋同(convergent)进化 是一种高毒力突变的系统发育模式,由于平行或趋同进化而多次独立发生。
平行/趋同突变的发生比随机更频繁,这可能反映了适应性进化(图2)。
d  高毒力的适应鸟类的病原体与低毒力的适应人类的病原体 毒力、适应性与宿主跨越的关系。
病毒被认为是处在一个适应高峰(很高的R 0),在这种情况下在储存宿主中具有高毒力,所以确定毒力和宿主范围的突变预计将受到强大的净化选择(例如,一个低值的d N / d S)。
当病毒在新的受体宿主中出现时,它最初会不适应(也就是说,驻留在一个适应性的低谷中),并且由于种群数量少而易受遗传漂变(drift)的影响。
当它适应新的宿主时,毒力将被选择性地优化(在这种情况下毒力通常是下降的),增加R0并导致正向选择(例如,d N /d S > 1,尽管存在其他选择压力)。
一旦病毒适应了新的宿主,毒力决定因子会再次受到净化选择的影响。
图2 系统基因组学如何指导毒力决定因子的实验分析 举例:口服脊髓灰质炎疫苗(OPV)毒株的毒力演变。
  OPV是脊髓灰质炎病毒的一种减毒形式,有时可恢复为剧毒形式并导致脊髓灰质炎爆发。
A 一个系统发育推断   对自然界OPV毒株的系统发育分析表明,一些与高毒力相关的突变经历了比预期更频繁的平行进化(并完全占据了支持节点),因此可能会受到选择性的偏爱。
B  进化分析   计算机进化分析揭示,这种高毒力的平行进化与一种假设的苏氨酸-脯氨酸(T- to-P)氨基酸变化有关,这种变化受到适应性进化的明显影响(可以通过多种方式检测到)。
C 实验分析   这些突变对毒力的影响随后在体外(细胞培养;图中Ca部分)和体内(小鼠;图中Cb部分)实验研究中进行了确认。
在所有病例中,红色标记表示毒性增强。
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