Выявление коронавирусов (Coronaviridae) у рукокрылых на территории Северного Кавказа и юга Западной Сибири
- Авторы: Яшина Л.Н.1, Жигалин А.В.2,3, Абрамов С.А.4, Лучникова Е.М.5, Сметанникова Н.А.1, Дупал Т.А.4, Кривопалов А.В.4, Вдовина Е.Д.5, Свирин К.А.1, Гаджиев А.А.3, Малышев Б.С.1
-
Учреждения:
- ФБУН «Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» Роспотребнадзора
- ФГАОУ «Национальный исследовательский Томский государственный университет»
- ФГБОУ «Дагестанский государственный университет»
- ФГБУН «Институт систематики и экологии животных» СО РАН
- ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет»
- Выпуск: Том 69, № 3 (2024)
- Страницы: 255-265
- Раздел: ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
- Дата подачи: 21.03.2024
- Дата публикации: 05.07.2024
- URL: https://virusjour.crie.ru/jour/article/view/16635
- DOI: https://doi.org/10.36233//0507-4088-233
- EDN: https://elibrary.ru/konejo
- ID: 16635
Цитировать
Аннотация
Введение. Рукокрылые являются природным резервуаром коронавирусов (Coronaviridae), вызвавших за последнее десятилетие три вспышки заболевания людей: SARS, MERS и COVID-19, или SARS-2.
Цель работы – исследование многообразия коронавирусов среди рукокрылых, населяющих предгорные и горные районы республик Дагестан, Алтай и Кемеровской области.
Материалы и методы. Образцы ротовых смывов и фекалии рукокрылых исследовали на присутствие РНК коронавирусов с помощью полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией (ОТ-ПЦР).
Результаты. Показано, что большие подковоносы (Rhinolophus ferrumequinum), обитающие в Республике Дагестан, являются носителями двух разных коронавирусов. Один из двух коронавирусов входит в состав подрода Sarbecovius рода Betacoronavirus, включающего возбудителей SARS и COVID-19. Второй коронавирус отнесен к подроду Decacovirus рода Alphacoronavirus и наиболее близок вирусам, выявленным среди Rhinolophus spp. из европейских и ближневосточных стран. В Республике Алтай и Кемеровской области у гладконосых летучих мышей, ночницы Иконникова (Myotis ikonnikovi) и восточной ночницы (Myotis petax), обнаружены коронавирусы, входящие в род Alphacoronavirus, подрод Pedacovirus. Вирус от M. ikonnikovi из Республики Алтай близок вирусам из Японии и Кореи, а также вирусам от Myotis spp. из европейских стран. Вирус из Кемеровской области от M. petax группируется с коронавирусами от Myotis spp. из азиатских стран и значительно отличается от коронавирусов, ранее обнаруженных в том же природном носителе.
Ключевые слова
Полный текст
Введение
Коронавирусы (Coronaviridae: Betacoronavirus) относятся к числу опасных вирусных патогенов, вызвавших за последние 20 лет три вспышки тяжелых респираторных заболеваний у человека: SARS, MERS, COVID-19 [1–3]. Возбудители заболевания получили названия SARS-CoV, MERS-CoV и SARS-CoV-2 соответственно. Показано, что природным резервуаром этих коронавирусов являются рукокрылые, хотя заражение человека инфекциями SARS и MERS произошло через промежуточного хозяина [4–7]. Среди рукокрылых из Юго-Восточной Азии и Японии были обнаружены коронавирусы, наиболее близкие к SARS-CoV и SARS-CoV-2, а наиболее близкие к MERS-CoV были выявлены Евразии в регионах возникновения вспышек [8–11].
Близкородственные вирусы, входящие вместе с SARS-CoV и SARS-CoV-2 в подрод Sarbecovirus рода Betacoronavirus, были выявлены среди разных видов подковоносых летучих мышей (Rhinolophidae) как в азиатских, так и в африканских и европейских странах [12, 13]. Наиболее близкие к SARS-CoV-2 вирусы были обнаружены в Китае среди Rhinolopus affinis (штамм RaTG13, уровень гомологии геномов 96%) и в Лаосе среди Rh. malayanus (штамм BANAL-52, уровень гомологии 97%) [13]. Многочисленные изоляты SARS-CoV-2 подобных коронавирусов, найденные в европейских, африканских и ближневосточных странах среди Rhinolopus spp., отличаются от SARS-CoV-2 значительно сильнее, гомология геномов не превышает 79%, также существенно отличается и рецептор-связывающий домен поверхностного гликопротеина (S), отвечающий за связывание с клетками-мишенями [14–17]. Коронавирусы, входящие в подрод Merbecovirus рода Betacoronavirus, включающий возбудителя MERS, выявлены в Евразии, Африке, Южной Америке среди разных видов рукокрылых [10, 12]. В европейских странах MERS-подобные коронавирусы найдены среди гладконосых летучих мышей (семейство Vespertilionidae) [18, 19]. Что еще более важно, многие недавно открытые коронавирусы циркулируют у нескольких видов летучих мышей, а некоторые из них способны связываться с рецепторами поверхности клеток человека ACE2 (рецепторы SARS-CoV и SARs-Cov-2) или DPP4 (рецепторы MERS-CoV) [10, 13, 19, 20].
Эпидемиологические исследования по выявлению коронавирусов в природных резервуарах и их типированию в России начались во время пандемии COVID-19. В 2020 г. были открыты SARS-подобные коронавирусы в двух видах летучих мышей рода подковоносов (РНК-изоляты Khosta-1 от Rh. ferrumequinum и Khosta-2 от Rh. hipposideros) в Краснодарском крае РФ и изучены их полноразмерные геномы [17]. Уровень гомологии российских изолятов составил 76–78% со штаммами SARS-CoV и SARS-CoV-2 из Китая и был наибольшим (89%) с европейским штаммом BM48-31/BGR/2008 из Болгарии для Khosta-1 и c африканским штаммом BtKY72 (80%) для Khosta-2. MERS-подобный коронавирус выявлен среди гладконосов Pipistrellus nathusii (изолят MOW-BatCoV/15-22) в центральной части европейской территории России [21]. Уровень гомологии российского изолята с возбудителями MERS составил 81–82%. До настоящего времени исследований коронавирусов среди рукокрылых на территории Северного Кавказа и азиатской части страны не проводилось. В ходе проведенного исследования в Дагестане выявлена циркуляция двух коронавирусов, относящихся к подроду Sarbecovirus рода Betacoronavirus и подроду Decacovirus рода Alphacoronavirus. На юге Западной Сибири обнаружены коронавирусы, входящие в подрод Pedacovirus рода Alphacoronavirus.
Материалы и методы
Экспедиционные работы, направленные на сбор биоматериала, были проведены в августе 2020 г. в Республике Алтай, в июне 2023 г. в Кемеровской области, в декабре 2022 г. и апреле 2023 г. в Республике Дагестан (рис. 1). Отловы в Республике Алтай и Кемеровской области проводили летом специализированными сетями, размещенными в местах пролета животных. В Республике Дагестан материал отбирали в период гибернации рукокрылых в местах зимовок. Для обеспечения безопасности исследователей при работе с потенциально зараженными животными соблюдали рекомендации, приведенные в МУ 3.1.0211-20 (утв. 03.09.2020).
Рис. 1. Расположение мест отлова рукокрылых на территории России
А – точки отлова на территории Северного Кавказа: 4 – пещера «Большая глиняная», 3 – пещера «Карабудахкентская», 5 – штольни у села Ханцкаркамахи, 6 – пещера у села Куг; Б – точки отлова на территории юга Западной Сибири: 1 – Артыбаш, 2 – урочище Ажендарово.
Fig. 1. Map showing the locations of bat trapping sites in Russia
A – capture points in the North Caucasus: 4 – Bolshaya Glinyanaya cave, 3 – Karabudakhkentskaya cave, 5 – adits near the village Khantskarkamahi, 6 – cave near the village of Kug; B – capture points in the south of Western Siberia: 1 – Artybash, 2 – Azhendarovo tract.
При исследовании соблюдали институциональные и национальные стандарты по использованию лабораторных животных в соответствии с Consensus author guidelines for animal use (IAVES 23 July 2010), а также институциональные и национальные стандарты по отлову животных в соответствии с протоколом и рекомендациями по безопасной работе МУ 3.1.0211-20 (утв. 03.09.2020). Протокол исследования был одобрен Этическим комитетом Института систематики и экологии животных СО РАН (Протокол № 2020-02 от 14.05.2020) и Дагестанского государственного университета (Протокол № 2 от 13.05.2021).
Отобранные ротоглоточные смывы и фекалии помещали в жидкий азот либо в стабилизирующий раствор RNAlater (QIAGEN GmbH, Германия) для последующего выделения РНК и ее анализа методом полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией (ОТ-ПЦР). Подтверждение таксономической принадлежности животных, определенной на основе морфологических признаков, было проведено путем анализа фрагмента гена COI, кодирующего первую субъединицу цитохромоксидазы митохондриальной ДНК с праймерами, описанными ранее [22].
Выделение РНК проводили с использованием набора «РИБО-преп» (ЦНИИ Эпидемиологии, Россия). Скрининг образцов выполняли методом ОТ-ПЦР с использованием обратной транскриптазы М-MuLV-RH («Диа-М», Россия), Taq ДНК-полимеразы Hot Start («Диа-М», Россия) по протоколу и с праймерами на консервативную область гена РНК-зависимой РНК-полимеразы (RdRp) коронавируса (фрагмент 397 н.о.), описанными ранее [23]. На основе вновь сконструированного набора праймеров получали полноразмерный ген поверхностного гликопротеина шипа (S) а также фрагменты гена nsp16. Определение нуклеотидных последовательностей каждой из цепей ампликонов выполняли на автоматическом анализаторе ABI Prism 310, используя набор BigDye Terminator Cycle Sequencing kit (Applied Biosystems, США).
Выравнивание нуклеотидных последовательностей осуществляли с помощью алгоритма MUSCLE в программе MEGA X. Для построения филогенетических деревьев использовали метод Neighbor-joining с моделью эволюции Kimura 2. Вычисления проводили для 1000 итераций.
Результаты
В период 2020–2023 гг. в северо-восточной части Горного Алтая вблизи Телецкого озера, в предгорных районах западного макросклона Кузнецкого Алатау, пещерах и штольнях северо-восточной части Большого Кавказа была отловлена 101 особь рукокрылых 11 видов, входящих в состав семейств подковоносые (Rhinolophidae) и гладконосые (Vespertilionidae). Все образцы были протестированы методом ОТ-ПЦР с использованием праймеров к гену коронавирусного генома RdRp. Вирусная РНК была выявлена в образцах от 11 больших подковоносов (Rh. ferrumequinum (Schreber, 1774)) из Республики Дагестан и 2 образцах от гладконосых летучих мышей, восточной ночнице (Myotis petax (Hollister, 1912)) из предгорных районов Кузнецкого Алатау и ночнице Иконникова (Myotis ikonnikovi (Ognev, 1912)) из Горного Алтая (таблица). Три РНК-положительных образца из Республики Дагестан дополнительно анализировали с использованием праймеров к фрагменту гена nsp16, а для одного из образцов был получен полноразмерный ген оболочечного белка S. Новые нуклеотидные последовательности вирусов были депонированы в банке данных GenBank под номерами PP265313–PP265325.
Таблица. Выявление инфицированных коронавирусами рукокрылых методом ОТ-ПЦР и идентифицированные вирусы в республиках Дагестан, Алтай и Кемеровской области
Table. Detection of coronavirus infection in bats by RT-PCR and viruses identified in bats in Republics of Dagestan, Altai and Kemerovo region
Регион Region | Место отлова Collection Site | Вид Species | Год Year | Коронавирус РНК+/исследованы Coronavirus RNA Positive/Tested | Род/подрод коронавируса Coronavirus Genus/Subgenus |
Республика Дагестан Dagestan Republic | Пещера «Большая глиняная» Cave Big Clay | Myotis blythii | 2022 | 0/9 | |
Пещера у с. Куг Cave near the village Kug | Myotis blythii | 2022 | 0/4 | ||
Штольни у села Ханцкаркамахи Adits near the village of Khantskarkamahi | Rhinolophus ferrumequinum | 2022 | 3/11 | Beta/Sarbecovirus | |
Rhinolophus ferrumequinum | 2023 | 2/4 | Alpha/Decacovirus | ||
Rhinolophus hipposideros | 2023 | 0/1 | |||
Пещера «Карабудахкентская» Cave Karabudakhkent | Rhinolophus mehelyi | 2023 | 0/9 | ||
Пещера «Большая глиняная» Cave Big Clay | Rhinolophus ferrumequinum | 2023 | 8/25 | Alpha/Decacovirus | |
Республика Алтай Altai Republic | Поселок Артыбаш Artybash | Myotis ikonnikovi | 2020 | 1/4 | Alpha/Pedacovirus |
Myotis dasycneme | 2020 | 0/2 | |||
Plecotus ognevi | 2020 | 0/4 | |||
Eptesicus nilssonii | 2020 | 0/4 | |||
Myotis petax | 2020 | 0/2 | |||
Myotis sibiricus | 2020 | 0/5 | |||
Кемеровская область Kemerovo region | Урочище Ажендарово Azhendarovo tract | Myotis petax | 2023 | 1/3 | Alpha/Pedacovirus |
Myotis dasycneme | 2023 | 0/2 | |||
Vespertilio murinus | 2023 | 0/3 | |||
Myotis ikonnikovi | 2023 | 0/1 | |||
Eptesicus nilssonii | 2023 | 0/1 |
Филогенетический анализ, основанный на фрагментах гена RdRp, выявил среди новых РНК-изолятов 3 вида коронавирусов (рис. 2 а). Два вида коронавирусов были обнаружены у больших подковоносов (Rh. ferrumequinum). Первый коронавирус, выявленный у трех особей из одной заброшенной штольни, входит в состав подрода Sarbecovirus рода Betacoronavirus и наиболее близок (99,5% гомологии) доступным из банка данных GenBank последовательностям вируса, обнаруженного недавно у гладконосых мышей, остроухих ночниц (M. blythii), из граничащий с Дагестаном Грузии (GE_CoV146_Myo_bly). Другие коронавирусы, формирующие общий кластер на филогенетическом дереве, ранее выявлены от разных видов подковоносов (Rhinolophus spp.) из сопредельных регионов: Грузии (GE_CoV93_Rhi_eur), Болгарии (BB99-04/BGR/2009, BM48-31/BGR/2008), Ливана (LBN/LB20-CO-BAT-19A), Краснодарского края РФ (BtCoV/Khosta-1/Rh/Russia/2020), Италии (Rfer4675_IT_2016) с уровнем гомологии 95,2–97,3% для нуклеотидных и 99,2–100% для аминокислотных последовательностей. Второй коронавирус, выявленный у 2 из 4 особей Rh. ferrumequinum в расположенной рядом штольне, а также у 6 из 25 особей из пещеры, удаленной на 45 км, по результатам филогенетического анализа отнесен к роду Alphacoronavirus, подрод Decacovirus. Наиболее близкие вирусы (гомология 98,3–99,0% нуклеотидных и 100% аминокислотных последовательностей) обнаружены среди Rh. euryale из соседней Грузии (GE_CoV153_Rhi_eur). Другие близкие варианты коронавирусов ранее выявлены от Rhinolophus spp. из европейских и африканских стран: Италии (Bat Rfer4015_IT_16), Франции (FRA_EPI6_Rhfer999_5C_P23), Руанды (PREDICT_CoV-42). Уровень их гомологии с новыми изолятами составил 86,7–88,4% для нуклеотидных и 96,9–99,2% для аминокислотных последовательностей. Менее близки к новым изолятам были последовательности Alphacoronavirus от того же носителя из Китая (менее 77,3% нуклеотидных и менее 93,2% аминокислотных). Различие нуклеотидных последовательностей новых РНК-изолятов Alphacoronavirus из двух пещер составило 1,0%.
Рис. 2. Филогенетические деревья, отображающее взаимосвязи новых РНК-изолятов коронавирусов, ассоциированных с рукокрылыми на Северном Кавказе и юге Западной Сибири, и изолятов коронавирусов из других регионов мира
Деревья построены на основе фрагмента гена RdRp (а), гена белка S (б) с использованием метода ближайших соседей (NJ). Индексы поддержки рассчитаны для 1000 повторов, индексы поддержки (> 70%) отображены в соответствующих узлах. Масштабная линейка указывает количество нуклеотидных замен на сайт. Новые изоляты выделены жирным шрифтом и звездочкой, жирным шрифтом выделены также возбудители SARS и COVID-19 (б). В анализ включены по две/три идентичных последовательности РНК-изолятов из Республики Дагестан (а).
Fig. 2. Phylogenetic tree showing relationships of new coronavirus strains, associated with bats in North Caucasus and Altai-Sayan regions, with strains from other regions
The trees were generated based on the partial RdRp gene (a), S gene (b), using a neighbor-joining method (NJ) with 1000 bootstrap replicates; bootstrap values (> 70%) are shown at relevant nodes. The scale bar depicts the number of nucleotide substitutions per site. Detected coronaviruses are labeled in bold font and by asterisk, coronaviruses which caused SARS and COVID-19 are also labeled in bold font (b). Two or three identical sequences of strains from the Republic of Dagestan were used for analysis (a).
Анализ последовательностей фрагмента вирусного генома от особей, отловленных в одной штольне или пещере, показал их идентичность друг другу в каждом из трех мест отлова, где были обнаружены инфицированные Rh. ferrumequinum. Поскольку анализ проведен с использованием консервативного гена RdRp, для подтверждения полученных данных был проведен анализ фрагмента более вариабельного гена nsp16 для РНК-изолятов SARS-подобного Betacoronavirus (BtCoV/Rf-6/RUS/2022, BtCoV/Rf-14/RUS/2022, BtCoV/Rf-15/RUS/2022). Показано, что и в этом случае последовательности анализируемого фрагмента генома коронавируса от трех инфицированных особей из одной штольни были идентичны. Эти данные, а также сравнительно низкий уровень различия (менее 4,0%) географически удаленных изолятов Betacoronavirus из Дагестана, Болгарии, Ливана, Италии и Краснодарского края РФ свидетельствуют о высокой стабильности геномов у природных носителей.
Поскольку один из выявленных нами вариантов вируса из Республики Дагестан входит в состав подрода Sarbecovirus рода Betacoronavirus, включающего как возбудителей эпидемии SARS, так и возбудителей пандемии COVID-19, был получен и проведен филогенетический анализ полноразмерного гена поверхностного гликопротеина шипа (S) для изолята BtCoV/Rf-6/RUS/2022 (рис. 2 б). Наиболее близкие из опубликованных в GenBank нуклеотидных последовательностей с уровнем гомологии 96,9% оказались у изолята Khosta-1 из Краснодарского края, выявленного в том же природном носителе. При этом гомология кодируемых аминокислотных последовательностей белков S составила 99,1%. У других, более близких по анализу гена RdRp РНК-изолятов вируса из Грузии, европейских стран и Ливии, в GenBank были доступны лишь короткие фрагменты гена RdRp и отсутствовали гены белков S. Исключением являлся полноразмерный геном изолята из Болгарии (BM48-31/BGR/2008). При сравнимом уровне различия фрагмента гена RdRp изолятов из Республики Дагестан, Болгарии и Краснодарского края (3,3–3,5%), уровень различия более вариабельных генов белков S был сравним для пары Дагестан – Краснодарский край (3,1%) и значительно выше (22,7%) для изолятов из Дагестана и Болгарии, что свидетельствует о формировании отличающегося варианта Sarbecovirus на территории южной части РФ (Республика Дагестан и Краснодарский край) и, возможно, Грузии. Анализ кодируемой последовательности поверхностного белка S показал (рис. 3), что у нового РНК-изолята BtCoV/Rf-6/RUS/2022 отсутствуют 4 аминокислотных остатка (PRRA) в N-терминальной области рецепторного участка, расположенных на стыке S1- и S2-субъединиц шипа и формирующих сайт гидролиза фуриновой протеазы, характерных для возбудителей пандемического варианта SARS-CoV-2 [3, 5]. Из 6 позиций: 442(L), 472(F), 479(Q), 480(S), 487(N), 491(Y) ‒ в рецептор-связывающем домене, существенно влияющих на связывание с рецептором ACE2, совпадали 3 позиции (442, 480, 491) с соответствующими позициями белка S возбудителя COVID-19 [24] (рис. 3 a). Общая гомология нуклеотидных и аминокислотных последовательностей поверхностных белков S составила 78,6 и 71,8% соответственно.
Рис. 3. Сравнение аминокислотных последовательностей рецептор-связывающего участка рецептор-связывающего домена (RBD) коронавируса BtCoV/Rh.fer-6 из Республики Дагестан и других коронавирусов подрода Sarbecovirus
Шесть позиций (442, 472, 479, 480, 487, 491; нумерация по штамму AY278741), важных для адаптации SARS-CoV-подобных вирусов к рецептору человека ACE2 [24], выделены жирным шрифтом (а). Сравнение аминокислотных последовательностей, окружающих сайт гидролиза SARS-CoV-2, SARS-CoV, BtCoV/Rh.fer-6, и других SARS-CoV-подобных вирусов (б).
Fig. 3. Amino acid sequence alignment of the receptor-binding motif of the receptor-binding domain (RBD) of the S protein of BtCoV/Rh.fer-6 from the North Caucasus and certain coronaviruses of subgenus Sarbecovirus
Six positions (442, 472, 479, 480, 487, and 491; SARS-CoV #AY278741 numbering) that are thought to be important for adaptation of SARS-CoV-like viruses to the human ACE2 receptor [24] are shown in bold (a). Amino acid sequence alignment of the region around the S1/S2 cleavage site in SARS-CoV-2, SARS-CoV, BtCoV/Rh.fer-6 and certain bat SARS-CoV-like viruses. Four amino acid insertion (PRRA) that forms polybasic furin cleavage site in SARS-CoV-2 is highlighted in bold (b).
В Республике Алтай и Кемеровской области у гладконосых летучих мышей, восточной ночницы (M. petax) из предгорных районов Кузнецкого Алатау и ночницы Иконникова (M. ikonnikovi) из Горного Алтая, обнаружены коронавирусы, входящие в подрод Pedacovirus рода Alphacoronavirus. Уровень гомологии между географически близкими изолятами от двух видов ночниц, входящих в состав одного подрода, относительно невысок и составил 80,6% для нуклеотидных и 96,9% для аминокислотных последовательностей. На филогенетическом дереве (рис. 2) вирус из Республики Алтай (BtCoV/631/RUS/2020) группируется с изолятом из Японии (Mi_CoV-1), выявленным также в ночнице Иконникова, изолятом из Южной Кореи (17BF060) от неидентифицированного вида рукокрылых и с изолятами от Myotis spp. (BtCoV/012_16/M.dau/FIN/2016, M.das/VM34/2006/NLD, M.daubentonii/UK/Wyt/971Co, M.das/Germany/D3.38/2007, FRA_EPI4_Mydau4_E7_P6, Bat-CoV/M.daubentonii/Russia/MOW15-31/1) из Европы и европейской части РФ. Наиболее близкий вирус из Японии имел гомологию 93,9% для нуклеотидных и 99,0% для аминокислотных последовательностей. В отличие от изолятов из Республики Дагестан, новый сибирский изолят из Республики Алтай имел относительно невысокий уровень гомологии со всеми остальными опубликованными в GenBank последовательностями от других видов носителей, который не превышал 89,7% для нуклеотидных и 97,0% для аминокислотных последовательностей.
Вирус из Кемеровской области от M. petax (BtCoV/Mp-8/RUS/2023) на филогенетическом дереве (рис. 2) входит в группу изолятов от Myotis spp. из азиатских стран: Кореи, Китая, Казахстана (Bat-CoV/KZ-N40/Myotis_blythii/2022). Сибирский РНК изолят от M. petax имеет более высокий по сравнению с вирусом от M. ikonnikovi уровень гомологии с коронавирусами, выявленными среди Myotis spp. из Республики Корея (B15-8) и Китая (Bt-AlfaCoV/JX2020-Q111, HD131583B, BtMr-AlfaCoV/GD2017-P294), он составляет 86,4–92,6% для нуклеотидных и 97,7–100% для аминокислотных последовательностей. При этом значительно меньше его сходство с изолятами от аналогичного хозяина, M. petax, обнаруженными в Республике Корея (73,3–79,3 и 81,8–87,5% соответственно).
Обсуждение
В ходе проведенного исследования циркуляция 3 видов коронавирусов среди рукокрылых установлена в трех административных регионах РФ. Исследование коронавирусов и их природных резервуаров ранее в выбранных для изучения регионах не проводилось, однако они существенно различаются по степени изученности близлежащих территорий. В Грузии и европейской части России, граничащих с Республикой Дагестан, а также в европейских и ближневосточных странах выявлено большое разнообразие коронавирусов, ассоциированных с рукокрылыми [12, 14–17]. Территория, окружающая юг Западной Сибири, практически не исследована, за исключением доступных в GenBank нескольких последовательностей от рукокрылых из Казахстана (№№ OQ909823, OQ909824).
Выявление близкородственных вирусов от разных видов природных носителей, так же как и циркуляция существенно различных коронавирусов в одном виде носителя, описана ранее [10, 20] и была выявлена нами среди РНК-изолятов из Республики Дагестан. Близкие варианты SARS-подобного вируса (менее 0,5% различий) обнаружены у представителей двух семейств: Rh. ferrumequinum в Дагестане и M. blythii в граничащей с ним Грузии. В то же время среди Rh. ferrumequinum, отловленных в двух соседних штольнях, расположенных на расстоянии не более 300 м друг от друга, были выявлены коронавирусы, относящиеся к разным родам и отличающиеся на 41,1–41,5% по нуклеотидным и на 58,3% по аминокислотным последовательностям.
Во время размножения и зимовки рукокрылые образуют крупные скопления в укрытиях, таких как пещеры и штольни. При этом одни и те же укрытия используются разными видами, которые не взаимодействуют между собой за их пределами. Совместное использование укрытий способствует циркуляции и поддержанию вирусов в разных видах рукокрылых, а также облегчает смену хозяина вируса, а заражение может происходит при непосредственном контакте особей, например при укусах или при спаривании. Полученные данные показывают, что в каждой из локальных групп Rh. ferrumequinum циркулирует один генетический вариант коронавируса, с практически идентичными последовательностями генома у разных особей.
Из результатов мечения известно, что летучие мыши способны мигрировать на значительные расстояния [25, 26]. Такие дальние перелеты могут способствовать передаче вирусов или их вариантов между локальными популяциями летучих мышей [27], а заражение больших подковоносов разными вирусами могло происходить при совместном заселении укрытий особями из различных локальных группировок.
Объединение на филогенетическом дереве новых изолятов коронавирусов из Дагестана в общие кластеры с РНК-изолятами из европейских стран свидетельствует об их общем эволюционном происхождении. При этом можно предполагать, что эволюционная история изолятов Alphacoronavirus в Дагестане/Грузии значительно более продолжительна по сравнению с изолятами Betacoronavirus, т.к. уровни различия нуклеотидных последовательностей из Дагестана/Грузии с наиболее близкими южноевропейскими вариантами составляет 11,4–14,2 и 2,3–3,3% соответственно.
Уровень инфицированности животных (более 24%), обитающих в каждом из мест отлова в Республике Дагестан, сопоставим с опубликованными данными по инфицированности больших подковоносов в Краснодарском крае [17]. Напрямую сравнивать инфицированность рукокрылых в Дагестане и сибирских регионах невозможно, т.к. значительно различаются численность исследованных животных, сроки и методы сбора материала. В Республике Дагестан отбор проб проводили в зимнее время в пещерах и штольнях, в местах совместного обитания больших колоний рукокрылых и их интенсивных контактов. В Горном Алтае и предгорных районах Кузнецкого Алатау животных отлавливали в летнее время сетями в местах охоты на низкогорных участках. В этих местах не отмечено крупных пещер, и рукокрылые не образуют больших колоний, используя в качестве убежища дупла деревьев или небольшие по размеру другие укрытия по типу небольших скальных трещин. Вне массовых скоплений резко снижается интенсивность контактов между животными, ограничивая их взаимодействия краткими контактами в период спаривания и контактами между матерью и детенышами в гнездовом периоде. Возможно, именно отсутствие крупных колоний в этих районах обусловило не только относительно низкую численность рукокрылых в целом, но и их общую низкую зараженность.
Проведенное исследование является первой работой по выявлению коронавирусов среди рукокрылых в азиатской части России, причем один из новых РНК-изолятов Alphacoronavirus обнаружен в малоисследованном природном носителе, ночнице Иконникова. Установлено более значительное отличие РНК-изолятов из Западной Сибири от ранее известных европейских и азиатских коронавирусов, что, наиболее вероятно, связано с большей удаленностью их мест обитания. Значительно более изученные в отношении коронавирусов, ассоциированными с рукокрылыми, территории юго-востока Китая, Республики Корея, Японии и европейских стран разделены с местами отловов более чем на 2800 км.
Фауна рукокрылых юга Западной Сибири включает виды, имеющие как исключительно азиатское распространение (восточная ночница, ночница Иконникова, ушан Огнева (Plecotus ognevi)), так и виды значительная часть ареала которых расположена в европейской части континента (прудовая ночница (Myotis dasycneme), северный кожанок (Eptesicus nilssonii)) [28]. Следствием этого может быть объединение в общие кластеры вирусных последовательностей, обнаруженных на территории как европейских, так и восточноазиатских стран. Более ясное представление о происхождении сибирских изолятов коронавирусов могут дать только данные по новым изолятам коронавирусов, которые, несомненно, будут обнаружены в процессе дальнейших исследований на территории Сибири и Дальнего Востока России.
Финансирование. Исследование выполнено за счет гранта РНФ № 22-24-00377. Отбор проб на территории Республики Дагестана выполнен при поддержке Российского научного фонда № 22-74-00047, https://rscf.ru/project/22-74-00047/
Благодарности. Авторы выражают благодарность куратору коллекции рукокрылых ИСиЭЖ СО РАН А.А. Маслову за помощь в установлении видовой принадлежности летучих мышей.
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Этическое утверждение. Авторы подтверждают соблюдение институциональных и национальных стандартов по использованию лабораторных животных в соответствии с Consensus author guidelines for animal use (IAVES 23 July 2010). Авторы подтверждают соблюдение институциональных и национальных стандартов по отлову животных в соответствии с протоколом и рекомендациями по безопасной работе МУ 3.1.0211-20 (утв. 03.09.2020). Протокол исследования одобрен Этическим комитетом Института систематики и экологии животных СО РАН (Протокол № 2020-02 от 14.05.2020) и Дагестанского государственного университета (Протокол № 2 от 13.05.2021).
Funding. The research was funded by the Russian Science Foundation, grant number 22-24-00377. Sampling on the territory of the Republic of Dagestan was carried out with the support of the Russian Science Foundation, grant number 22-74-00047, https://rscf.ru/project/22-74-00047/.
Acknowledgement. The authors express their gratitude to the curator of the bat collection at the Institute of Systematics and Ecology of Animals, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences A.A. Maslov for help in establishing the species identity of bats.
Conflict of interest. The authors declare no apparent or potential conflicts of interest related to the publication of this article.
Ethics approval. Authors confirm compliance with institutional and national standards for the use of laboratory animals in accordance with Consensus author guidelines for animal use (IAVES 23 July 2010). Authors confirm compliance with institutional and national standards for the use of wild animals in accordance with Russian guideline 3.1.0211-20 issued on 03.09.2020. The research protocols were approved by the Ethics Committee of the Institute of Systematics and Ecology of Animals (Protocol No 2020-02 dated 14.04.2020) and Dagestan State University (Protocol No 2 dated 13.05.2021).
Об авторах
Людмила Николаевна Яшина
ФБУН «Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» Роспотребнадзора
Автор, ответственный за переписку.
Email: yashina@vector.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0003-2844-7835
д-р биол. наук, ведущий научный сотрудник отдела геномных исследований
Россия, р.п. Кольцово, Новосибирская областьАлександр Владимирович Жигалин
ФГАОУ «Национальный исследовательский Томский государственный университет»; ФГБОУ «Дагестанский государственный университет»
Email: alex-zhigalin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4661-0560
канд. биол. наук, заведующий лабораторией мониторинга биоразнообразия
Россия, Томск; МахачкалаСергей Александрович Абрамов
ФГБУН «Институт систематики и экологии животных» СО РАН
Email: gterio@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-7921-6696
канд. биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории экологии сообществ позвоночных животных
Россия, НовосибирскЕкатерина Михайловна Лучникова
ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет»
Email: lut@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8245-4588
канд. биол. наук, доцент кафедры экологии и природопользования
Россия, КемеровоНаталья Анатольевна Сметанникова
ФБУН «Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» Роспотребнадзора
Email: smetannikova@vector.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0002-5082-8071
канд. мед. наук, старший научный сотрудник отдела геномных исследований
Россия, р.п. Кольцово, Новосибирская областьТамара Александровна Дупал
ФГБУН «Институт систематики и экологии животных» СО РАН
Email: gf@eco.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0002-4487-1815
канд. биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории экологии сообществ позвоночных животных
Россия, НовосибирскАнтон Викторович Кривопалов
ФГБУН «Институт систематики и экологии животных» СО РАН
Email: krivopalov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4824-6061
канд. биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории паразитологии
Россия, НовосибирскЕвгения Дмитриевна Вдовина
ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет»
Email: vdovina_ed@gkl-kemerovo.ru
ORCID iD: 0000-0001-9633-9938
лаборант биостанции КемГУ «Ажендарово»
Россия, КемеровоКирилл Андреевич Свирин
ФБУН «Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» Роспотребнадзора
Email: svirin_ka@vector.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0001-9083-1649
аспирант
Россия, р.п. Кольцово, Новосибирская областьАлимурад Ахмедович Гаджиев
ФГБОУ «Дагестанский государственный университет»
Email: ecodgu@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7359-1951
канд. биол. наук, проректор по научной работе
Россия, МахачкалаБорис Сотиволдиевич Малышев
ФБУН «Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» Роспотребнадзора
Email: malyshevb@vector.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0003-3004-3020
научный сотрудник отдела геномных исследований
Россия, р.п. Кольцово, Новосибирская областьСписок литературы
- Drosten C., Günther S., Preiser W., van der Werf S., Brodt H.R., Becker S., et al. Identification of a novel coronavirus in patients with severe acute respiratory syndrome. N. Engl. J. Med. 2003; 348(20): 1967–76. DOI: https://doi.org/10.1056/NEJMoa030747
- Zaki A.M., van Boheemen S., Bestebroer T.M., Osterhaus A.D., Fouchier R.A. Isolation of a novel coronavirus from a man with pneumonia in Saudi Arabia. N. Engl. J. Med. 2012; 367(19): 1814–20. DOI: https://doi.org/10.1056/NEJMoa1211721
- Wu F., Zhao S., Yu B., Chen Y.M., Wang W., Song Z.G., et al. A new coronavirus associated with human respiratory disease in China. Nature. 2020; 579(7798): 265–9. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2008-3
- Cui J., Li F., Shi Z.L. Origin and evolution of pathogenic coronaviruses. Nat. Rev. Microbiol. 2019; 17(3): 181–92. DOI: https://doi.org/10.1038/s41579-018-0118-9
- Львов Д.К., Альховский С.В. Истоки пандемии COVID-19: экология и генетика коронавирусов (Betacoronavirus: Coronaviridae) SARS-CoV, SARS-CoV-2 (подрод Sarbecovirus), MERS-CoV (подрод Merbecovirus). Вопросы вирусологии. 2020; 65(2): 62–70. DOI: https://doi.org/10.36233/0507-4088-2020-65-2-62-70 EDN: https://elibrary.ru/hnouwn
- Guan Y., Zheng B.J., He Y.Q., Liu X.L., Zhuang Z.X., Cheung C.L., et al. Isolation and characterization of viruses related to the SARS coronavirus from animals in southern China. Science. 2003; 302(5643): 276–8. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1087139
- Mohd H.A., Al-Tawfiq J.A., Memish Z.A. Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus (MERS-CoV) origin and animal reservoir. Virol. J. 2016; 13: 87. DOI: https://doi.org/10.1186/s12985-016-0544-0
- Hu B., Zeng L.P., Yang X.L., Ge X.Y., Zhang W., Li B., et al. Discovery of a rich gene pool of bat SARS-related coronaviruses provides new insights into the origin of SARS coronavirus. PLoS Pathog. 2017; 13(11): e1006698. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1006698
- Murakami S., Kitamura T., Suzuki J., Sato R., Aoi T., Fujii M., et al. Detection and Characterization of bat Sarbecovirus phylogenetically related to SARS-CoV-2, Japan. Emerg. Infect. Dis. 2020; 26(12): 3025–9. DOI: https://doi.org/10.3201/eid2612.203386
- Ruiz-Aravena M., McKee C., Gamble A., Lunn T., Morris A., Snedden C.E., et al. Ecology, evolution and spillover of coronaviruses from bats. Nat. Rev. Microbiol. 2022; 20(5): 299–314. DOI: https://doi.org/10.1038/s41579-021-00652-2
- Anthony S.J., Gilardi K., Menachery V.D., Goldstein T., Ssebide B., Mbabazi R., et al. Further evidence for bats as the evolutionary source of Middle East respiratory syndrome coronavirus. mBio. 2017; 8(2): e00373-17. DOI: https://doi.org/10.1128/mBio.00373-17
- Wong A.C.P., Li X., Lau S.K.P., Woo P.C.Y. Global epidemiology of bat coronaviruses. Viruses. 2019; 11(2): 174. DOI: https://doi.org/10.3390/v11020174
- Temmam S., Vongphayloth K., Baquero E., Munier S., Bonomi M., Regnault B., et al. Bat coronaviruses related to SARS-CoV-2 and infectious for human cells. Nature. 2022; 604(7905): 330–6. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-04532-4
- Drexler J.F., Gloza-Rausch F., Glende J., Corman V.M., Muth D., Goettsche M., et al. Genomic characterization of severe acute respiratory syndrome-related coronavirus in European bats and classification of coronaviruses based on partial RNA-dependent RNA polymerase gene sequences. J. Virol. 2010; 84(21): 11336–49. DOI: https://doi.org/10.1128/JVI.00650-10
- Balboni A., Palladini A., Bogliani G., Battilani M. Detection of a virus related to betacoronaviruses in Italian greater horseshoe bats. Epidemiol. Infect. 2011; 139(2): 216–9. DOI: https://doi.org/10.1017/S0950268810001147
- Monchatre-Leroy E., Boué F., Boucher J.M., Renault C., Moutou F., Ar Gouilh M., et al. Identification of alpha and beta Coronavirus in wildlife species in France: bats, rodents, rabbits, and hedgehogs. Viruses. 2017; 9(12): 364. DOI: https://doi.org/10.3390/v9120364
- Alkhovsky S., Lenshin S., Romashin A., Vishnevskaya T., Vyshemirsky O., Bulycheva Y., et al. SARS-like coronaviruses in horseshoe bats (Rhinolophus spp.) in Russia, 2020. Viruses. 2022; 14(1): 113. DOI: https://doi.org/10.3390/v14010113
- Moreno A., Lelli D., de Sabato L., Zaccaria G., Boni A., Sozzi E., et al. Detection and full genome characterization of two beta CoV viruses related to Middle East respiratory syndrome from bats in Italy. Virol. J. 2017; 14(1): 239. DOI: https://doi.org/10.1186/s12985-017-0907-1
- Lau S.K.P., Fan R.Y.Y., Zhu L., Li K.S.M., Wong A.C.P., Luk H.K.H., et al. Isolation of MERS-related coronavirus from lesser bamboo bats that uses DPP4 and infects human-DPP4-transgenic mice. Nat. Commun. 2021; 12(1): 216. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-20458-9
- Wong A.C.P., Lau S.K.P., Woo P.C.Y. Interspecies jumping of bat coronaviruses. Viruses. 2021; 13(11): 2188. DOI: https://doi.org/10.3390/v13112188
- Speranskaya A.S., Artiushin I.V., Samoilov A.E., Korneenko E.V., Khabudaev K.V., Ilina E.N., et al. Identification and genetic characterization of MERS-related coronavirus isolated from Nathusius’ pipistrelle (Pipistrellus nathusii) near Zvenigorod (Moscow region, Russia). Int. J. Environ. Res. Public Health. 2023; 20(4): 3702. DOI: https://doi.org/10.3390/ijerph20043702
- Gorobeyko U.V., Kartavtseva I.V., Sheremetyeva I.N., Kazakov D.V., Guskov V.Yu. DNA-barcoding and a new data about the karyotype of Myotis petax (Chiroptera, Vespertilionidae) in the Russian Far East. Comp. Cytogenet. 2020; 14(4): 483–500. DOI: https://doi.org/10.3897/CompCytogen.v14.i4.54955
- Wang W., Lin X.D., Guo W.P., Zhou R.H., Wang M.R., Wang C.Q., et al. Discovery, diversity and evolution of novel coronaviruses sampled from rodents in China. Virology. 2015; 474: 19–27. DOI: https://doi.org/10.1016/j.virol.2014.10.017
- Wan Y., Shang J., Graham R., Baric R.S., Li F. Receptor recognition by the novel coronavirus from Wuhan: An analysis based on decade-long structural studies of SARS coronavirus. J. Virol. 2020; 94(7): e00127–20. DOI: https://doi.org/10.1128/JVI.00127-20
- Панютин К.К. Рукокрылые. В кн.: Кучерук В.В., ред. Итоги мечения млекопитающих. М.: Наука; 1980: 23–46.
- Васеньков Д.А., Васильев Н.С., Сидорчук Н.В., Рожнов В.В. Осенняя миграция гигантской вечерницы (Nyctalus lasiopterus): через страны и горы к новому рекорду дальности сезонных перелетов летучих мышей. Доклады Российской академии наук. Науки о жизни. 2023; 513(1): 564–9. DOI: https://doi.org/10.31857/S2686738923700403 EDN: https://elibrary.ru/gtqdpl
- Gonzalez V., Banerjee A. Molecular, ecological, and behavioral drivers of the bat-virus relationship. iScience. 2022; 25(8): 104779. DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.104779
- Павлинов И.Я. Звери России: справочник-определитель. Часть 1. Насекомоядные, Рукокрылые, Зайцеобразные, Грызуны. М: КМК; 2019.