包膜病毒表现出跨物种传播和人畜共患病的增加倾向

安娜Valero-Rello,拉斐尔Sanjuan

预印本发布于2022年7月29日https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.07.29.501861v1

是什么帮助某些病毒“跳跃”到新的宿主物种?生物信息学分析显示，它们的包装材料，即膜，可能是关键

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类别:生物信息学，微生物学

一种病毒是否存在使其更有可能感染多个宿主，甚至使其在人畜共通中“跳跃”到人类的基本特征?

在目前的研究中，人畜共患风险与三个主要因素有关:病毒遗传物质(RNA病毒比DNA病毒更容易感染)、复制位置(在宿主细胞质而不是细胞核中复制的病毒可能有优势)和基因组大小(基因组较小的病毒可能更有人畜共患风险)。

然而，病毒还有另一个特征。病毒的表面可以被包膜，即有一层膜状的外壳(可以被肥皂破坏)，也可以被一层相当坚硬的蛋白质外壳所包裹。奇怪的是，大多数影响人类生活的人畜共患病毒都被包裹着，例如天花和猴痘、冠状病毒以及引起狂犬病、麻疹和流感的病毒。

以前对人畜共患病风险的分析是在只包括数百种病毒的有限的哺乳动物病毒圈数据集上进行的，重点是导致人类疾病的病毒。在本预印本中，作者分析了一个大型病毒粒子(VIRION)数据库，其中包括通过宏基因组研究确定的5149种病毒(即来自环境样本的病毒遗传物质)。

[图来自Valero-Rello和Sanjuán等人，2022年在CC-BY-NC-ND 4.0许可下提供。]

作者分析了一种病毒可以感染的哺乳动物宿主的数量，其功能如下:基因组大小、基因组组成(RNA或DNA、单链或双链、分段或不分段)、病毒复制的细胞核或细胞质位置，以及病毒包膜的存在。

他们首先研究了一种病毒感染多个非人类哺乳动物宿主的可能性。他们发现这种跨物种传播与病毒包膜的存在显著相关，而其他因素几乎没有影响(图，顶部面板)。

当分析人畜共患病的具体情况时，即在分析中集中于人类宿主感染时，它也惊人地显示了病毒包膜的强烈影响(图，底部面板)。他们发现包膜病毒感染人畜共患病的可能性比非包膜病毒高出2.5倍，这是一项新发现。

有趣的是，对人畜共患病概率的分析还提出了以前报道过的其他因素，这些因素可能在成功的人类感染中发挥作用。经过细胞质复制的病毒被发现是人畜共患病的1.9倍，基因组更小和分段基因组的病毒也可能有略微的优势。

我喜欢这个预印本的地方:

这个预印本的信息是清晰和简单的，并且发现可能是非常重要的。病毒所能做的通常归因于它的基因组或蛋白质，尤其是那些表面上的。被认为是脆弱的包裹病毒的薄膜可能没有得到应有的重视。看到这种分析的机制基础是什么将是令人兴奋的。

问作者的问题:

对分析的一些澄清:

在图2a中:所有这些病毒是非人畜共患病的，还是人类宿主根本没有被计算在感染宿主的数量中?
如何分离变量的混合效应?例如，您是否在保持其他变量相同的情况下比较了包络病毒和非包络病毒的子集?
图2a显示了一个与文本中所述相反的趋势——ds基因组有略微更高的多宿主感染的概率?

关于数据集的一些问题:

关于“病毒粒子”数据集中的病毒，有多少结构信息可用?有没有可能一些非包膜病毒的外表面确实有膜?
是否有可能对病毒生命周期的其他特征及其与人畜共患病的相关性进行测试，例如病毒复制周期的长度以及病毒是否具有溶解性或非溶解性传播模式?

发布日期:2022年8月29日，更新日期:2022年8月30日

doi:https://doi.org/10.1242/prelights.32604

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作者的回应

拉斐尔Sanjuan共享

嗨Angika,

非常感谢您选择我们的预印本。你的摘要读起来很好。我认为，PreLight倡议正是社区所需要的。

以下是对您的问题的简短回答:

1.在图2a中:所有这些病毒是非人畜共患病的，还是人类宿主根本没有被计算在感染宿主的数量中?

在这项分析中，人类宿主根本没有被计算在内。

2.如何分离变量的混合效应?例如，您是否在保持其他变量相同的情况下比较了包络病毒和非包络病毒的子集?

我们没有在我们的分析中系统地包括交互项，因为组合的数量会太多，严重地降低我们检测这种影响的能力。然而，我们验证了包膜效应适用于DNA和RNA病毒，并不是由特定的病毒家族驱动的，如图3,S1和S2所示。

3.图2a显示了一个与文本中所述相反的趋势——ds基因组有略微更高的多宿主感染的概率?

你是对的。这个句子让人摸不着头脑。回归分析发现，ds病毒的多宿主概率略有增加。然而，一个简单的卡方检验(即忽略所有其他因素)会产生相反的效果(ss病毒略有增加)。因此，我认为ss/ds特性对多主机概率没有明显的影响。谢谢你指出这一点。我们将在本文的后续版本中对此进行修改。

关于数据集的一些问题:

4.关于“病毒粒子”数据集中的病毒，有多少结构信息可用?有没有可能一些非包膜病毒的外表面确实有膜?

VIRION数据库不收集此类信息。病毒的包膜/非包膜状态在家庭中是强烈(我认为是严格)保守的。因此，将这一特征归罪于新发现的特定病毒家族的病毒是高度可靠的。也就是说，最近的研究表明，一些非包膜病毒有时可以使用包膜(例如，肠道病毒)。它们这样做是因为它们可以利用特定的囊泡产生途径进行传播。但它们本质上仍然是非包膜病毒，因为它们有一个坚硬的衣壳，它们的受体结合蛋白(RBD)是衣壳的一部分，与包膜病毒的RBD相反，RBD是插入包膜的典型的球形跨膜蛋白。

5.是否有可能对病毒生命周期的其他特征及其与人畜共患病的相关性进行测试，例如病毒复制周期的长度以及病毒是否具有溶解性或非溶解性传播模式?

病毒感染周期的其他特征在家族内没有很好地保存，因此对于新发现的病毒是不确定的。例如，有些病毒直接通过质膜进入细胞，而另一些则利用核内体。我们最初考虑了这一特征，但后来放弃了它，因为有几个例子表明，在密切相关的病毒之间(例如，不同的SARS-CoV-2变种之间)，进入模式有所不同。

作为对我们工作的评论，我想说，了解是什么让病毒更有可能跨越物种屏障是一个困难但重要的挑战。这涉及到很多因素，我们的实验室专注于这一过程的一些病毒学方面。显然，需要更多的实验性和机械性工作来识别潜在的人畜共患病毒。这个预印本是我们刚刚启动的新项目的第一步，在这个新项目中，我们计划使用计算和实验病毒学相结合的方法来调查病毒出现的风险。

最好的

拉法