Source of the COVID-19 pandemic: ecology and genetics of coronaviruses (Betacoronavirus: Coronaviridae) SARS-CoV, SARS-CoV-2 (subgenus Sarbecovirus), and MERS-CoV (subgenus Merbecovirus)

Львов Дмитрий Константинович; Альховский С. В.

Статья

Истоки пандемии COVID-19: экология и генетика коронавирусов (Betacoronavirus: Coronaviridae) SARS-CoV, SARS-CoV-2 (подрод Sarbecovirus), MERS-CoV (подрод Merbecovirus)

Львов Дмитрий Константинович,

Альховский С. В.,

2020

https://doi.org/10.36233/0507-4088-2020-65-2-62-70

С начала 2000-х годов зарегистрировано три независимых случая появления новых зооантропонозных коронавирусов (Betacoronavirus) человека, обладающих эпидемическим и пандемическим потенциалом. Первая вспышка инфекции (ТОРС, SARS), вызванная вирусом SARS-CoV, возникла осенью 2002 г. в КНР (провинция Гуандун). Вторая вспышка (БВРС, MERS), связанная с новым вирусом MERS-CoV, появилась осенью 2012 г. в Саудовской Аравии. Третья эпидемия, переросшая в пандемию COVID-19, вызванная вирусом SARS-CoV-2, возникла осенью 2019 г. в КНР (провинция Хубэй). В настоящем обзоре рассмотрены экологические и генетические аспекты, обусловившие появление новых зооантропонозных коронавирусов человека. Основным механизмом адаптации зоонозных бетакоронавирусов к человеку является изменение структуры рецептор-связывающего домена поверхностного белка S, в результате чего он приобретает способность связывать клеточные рецепторы эпителиальных клеток респираторного и пищеварительного трактов человека. Этот процесс определяется высокой генетической изменчивостью коронавирусов и их способностью к рекомбинации в процессе межпопуляционных взаимоотношений вирусов и их природных резервуаров - летучих мышей (Microchiroptera, Chiroptera). Появление вирусов SARS-CoV, SARS-CoV-2 (подрод Sarbecovirus) и MERS-CoV (подрод Merbecovirus) связано с эволюцией этих и других вирусов, протекающей в популяциях летучих мышей, с их дальнейшей передачей человеку напрямую или через промежуточных позвоночных хозяев, экологически связанных с летучими мышами. Статья подготовлена по материалам доклада на заседании Научного совета РАН «Науки о жизни» «Коронавирус - глобальный вызов науке»: Львов Д.К., Альховский С.В., Бурцева Е.И. Истоки пандемии COVID-19: происхождение, биология и генетика коронавирусов SARS-CoV, SARS-CoV-2, MERS-CoV (16 апреля 2020 г., зал заседаний Президиума РАН, Москва Ленинский проспект, д. 14).

Цитирование

Список литературы

1. de Groot R.J., Baker S.C., Baric R., Enjuanes L., Gorbalenya A.E., Holmes K.V., et al. Family Coronaviridae. In: King A.M., Adams M.J., Carstens E.B., Lefkowitz E.J., eds. Virus Taxonomy: Classification and Nomenclature of Viruses. Ninth Report of the International Committee on Taxonomy of Viruses. London: Elsevier; 2012: 806-28.

2. Львов Д.К., Альховский С.В., Колобухина Л.В., Бурцева Е.И. Этиология эпидемической вспышки COVID-19 в г. Ухань (провинция Хубэй, Китайская Народная Республика), ассоциированной с вирусом 2019-nCoV (Nidovirales, Coronaviridae, Coronavirinae, Betacoronavirus, подрод Sarbecovirus): уроки эпидемии SARS-CoV. Вопросы вирусологии. 2020; 65(1): 6-16. DOI: http://doi.org/10.36233/0507-4088-2020-65-1-6-15

3. Hamre D., Procknow J.J. A new virus isolated from the human respiratory tract. Proc. Soc. Exp. Biol. Med. 1966; 121(1): 190-3. DOI: http://doi.org/10.3181/00379727-121-30734

4. McIntosh K., Dees J.H., Becker W.B., Kapikian A.Z., Chanock R.M. Recovery in tracheal organ cultures of novel viruses from patients with respiratory disease. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1967; 57(4): 933-40. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.57.4.933

5. Drosten C., Gunther 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: http://doi.org/10.1056/NEJMoa030747

6. Zaki A.M., van Boheemen S., Bestebroer T.M., Osterhaus A.D., Fouchier R.A., et al. 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

7. Zhu N., Zhang D., Wang W., Li X., Yang B., Song J., et al. A novel coronavirus from patients with pneumonia in China, 2019. N. Engl. J. Med. 2020; 382(8): 727-33. DOI: http://doi.org/10.1056/NEJMoa2001017

8. Zhou P., Yang X.L., Wang X.G., Hu B., Zhang L., Zhang W., et al. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature. 2020; 579(7798): 270-3. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2012-7

9. Lu R., Zhao X., Li J., Niu P., Yang B., Wu H., et al. Genomic characterisation and epidemiology of 2019 novel coronavirus: implications for virus origins and receptor binding. Lancet. 2020; 395(10224): 565-74. DOI: https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)30251-8

10. Lau S.K., Woo P.C., Li K.S., Huang Y., Tsoi H.W., Wong B.H., et al. Severe acute respiratory syndrome coronavirus-like virus in Chinese horseshoe bats. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2005; 102(39): 14040-5. DOI: http://doi.org/10.1073/pnas.0506735102

11. Li W., Shi Z., Yu M., Ren W., Smith C., Epstein J.H., et al. Bats are natural reservoirs of SARS-like coronaviruses. Science. 2005; 310(5748): 676-9. DOI: http://doi.org/10.1126/science.1118391

12. Fan Y., Zhao K., Shi Z.L., Zhou P. Bat coronaviruses in China. Viruses. 2019; 11(3): pii E210. DOI: http://doi.org/10.3390/v11030210

13. Rihtaric D., Hostnik P., Steyer A., Grom J., Toplak I. Identification of SARS-like coronaviruses in horseshoe bats (Rhinolophus hipposideros) in Slovenia. Arch. Virol. 2010; 155(4): 507-14. DOI: https://doi.org/10.1007/s00705-010-0612-5

14. Ar Gouilh M., Puechmaille S.J., Diancourt L., Vandenbogaert M., Serra-Cobo J., Lopez Roïg M., et al. SARS-CoV related Betacoronavirus and diverse Alphacoronavirus members found in western old-world. Virology. 2018; 517: 88-97. DOI: http://doi.org/10.1016/j.virol.2018.01.014

15. 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: http://doi.org/10.1017/S0950268810001147

16. 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

17. Donaldson E.F., Haskew A.N., Gates J.E., Huynh J., Moore C.J., Frieman M.B. Metagenomic analysis of the viromes of three North American bat species: viral diversity among different bat species that share a common habitat. J. Virol. 2010; 84(24): 13004-18. DOI: http://doi.org/10.1128/JVI.01255-10

18. Wang L.F., Shi Z., Zhang S., Field H., Daszak P., Eaton B.T. Review of bats and SARS. Emerg. Infect. Dis. 2006; 12(12): 1834-40. DOI: http://doi.org/10.3201/eid1212.060401

19. Tong S., Conrardy C., Ruone S., Kuzmin I.V., Guo X., Tao Y., et al. Detection of novel SARS-like and other coronaviruses in bats from Kenya. Emerg. Infect. Dis. 2009; 15(3): 482-5. DOI: http://doi.org/10.3201/eid1503.081013

20. Drexler J.F., Corman V.M., Drosten C. Ecology, evolution and classification of bat coronaviruses in the aftermath of SARS. Antiviral Res. 2014; 101: 45-56. DOI: http://doi.org/10.1016/J.ANTIVIRAL.2013.10.013

21. Haagmans B.L., Al Dhahiry S.H.S., Reusken C.B.E.M., Raj V.S., Galiano M., Myers R., et al. Middle East respiratory syndrome coronavirus in dromedary camels: An outbreak investigation. Lancet Infect. Dis. 2014; 14(2): 140-5. DOI: https://doi.org/10.1016/S1473-3099(13)70690-X

22. Sabir J.S., Lam T.T., Ahmed M.M., Li L., Shen Y., Abo-Aba S.E., et al. Co-circulation of three camel coronavirus species and recombination of MERS-CoVs in Saudi Arabia. Science. 2016; 351(6268): 81-4. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aac8608

23. Raj V.S., Farag E.A., Reusken C.B., Lamers M.M., Pas S.D., Voermans J., et al. Isolation of MERS coronavirus from dromedary camel, Qatar, 2014. Emerg. Infect. Dis. 2014; 20(8): 1339-42. DOI: http://doi.org/10.3201/eid2008.140663

24. Paden C.R., Yusof M.F.B.M., Al Hammadi Z.M., Queen K., Tao Y., Eltahir Y.M., et al. Zoonotic origin and transmission of Middle East respiratory syndrome coronavirus in the UAE. Zoonoses Public Health. 2018; 65(3): 322-33. DOI: http://doi.org/10.1111/zph.12435

25. Müller M.A., Corman V.M., Jores J., Meyer B., Younan M., Liljander A., et al. MERS coronavirus neutralizing antibodies in camels, eastern Africa, 1983-1997. Emerg. Infect. Dis. 2014; 20(12): 2093-5. DOI: https://doi.org/10.3201/eid2012.141026

26. Calisher C.H., Childs J.E., Field H.E., Holmes K.V., Schountz T. Bats: important reservoir hosts of emerging viruses. Clin. Microbiol. Rev. 2006; 19(3): 531-45. DOI: https://doi.org/10.1128/CMR.00017-06

27. Lvov D.K., Shchelkanov M.Y., Alkhovsky S.V., Deryabin P.G. Zoonotic Viruses of Northern Eurasia. Taxonomy and Ecology. London: Academic Press, Elsevier; 2015.

28. Львов Д.К. Экология вирусов. В кн.: Львов Д.К., ред. Руководство по вирусологии. Вирусы и вирусные инфекции человека и животных. М.: МИА; 2013: 66-86.

29. Li W., Moore M.J., Vasllieva N., Sui J., Wong S.K., Berne M.A., et al. Angiotensin-converting enzyme 2 is a functional receptor for the SARS coronavirus. Nature. 2003; 426(6965): 450-4. DOI: https://doi.org/10.1038/nature02145

30. Ren W., Qu X., Li W., Han Z., Yu M., Zhou P., et al. Difference in receptor usage between severe acute respiratory syndrome (SARS) coronavirus and SARS-like coronavirus of bat origin. J. Virol. 2008; 82(4): 1899-907. DOI: https://doi.org/10.1128/jvi.01085-07

31. 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): pii e00127-20. DOI: https://doi.org/10.1128/jvi.00127-20

32. Ge X.Y., Li J.L., Yang X.L., Chmura A.A., Zhu G., Epstein J.H., et al. Isolation and characterization of a bat SARS-like coronavirus that uses the ACE2 receptor. Nature. 2013; 503(7477): 535-8. DOI: https://doi.org/10.1038/nature12711

33. Lau S.K., Feng Y., Chen H., Luk H.K., Yang W.H., Li K.S., et al. Severe acute respiratory syndrome (SARS) coronavirus ORF8 protein is acquired from SARS-related coronavirus from greater horseshoe bats through recombination. J. Virol. 2015; 89(20): 10532-47. DOI: https://doi.org/10.1128/jvi.01048-15

34. 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

35. Ge X.Y., Wang N., Zhang W., Hu B., Li B., Zhang Y.Z., et al. Coexistence of multiple coronaviruses in several bat colonies in an abandoned mineshaft. Virol. Sin. 2016; 31(1): 31-40. DOI: https://doi.org/10.1007/s12250-016-3713-9

36. Wang N., Li S.Y., Yang X.L., Huang H.M., Zhang Y.J., Guo H., et al. Serological evidence of bat SARS-related coronavirus infection in humans, China. Virol. Sin. 2018; 33(1): 104-7. DOI: http://doi.org/10.1007/s12250-018-0012-7

37. Lam T.T., Shum M.H., Zhu H.C., Tong Y.G., Ni X.B., Liao Y.S., et al. Identifying SARS-CoV-2 related coronaviruses in Malayan pangolins. Nature. 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2169-0

38. Zhang T., Wu Q., Zhang Z. Probable pangolin origin of SARSCoV-2 associated with the COVID-19 outbreak. Curr. Biol. 2020; 30(7): 1346-51.e2. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.03.022

39. Coutard B., Valle C., de Lamballerie X., Canard B., Seidah N.G., Decroly E. The spike glycoprotein of the new coronavirus 2019-nCoV contains a furin-like cleavage site absent in CoV of the same clade. Antiviral Res. 2020; 176: 104742. DOI: https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2020.104742

40. Simmons G., Zmora P., Gierer S., Heurich A., Pöhlmann S. Proteolytic activation of the SARS-coronavirus spike protein: Cutting enzymes at the cutting edge of antiviral research. Antiviral Res. 2013; 100(3): 605-14. DOI: https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2013.09.028

41. Claas E.C.J., Osterhaus A.D., van Beek R., De Jong J.C., Rimmelzwaan G.F., Senne D.A., et al. Human influenza A H5N1 virus related to a highly pathogenic avian influenza virus. Lancet. 1998; 351(9101): 472-7. DOI: https://doi.org/10.1016/S0140-6736(97)11212-0

42. Corman V.M., Ithete N.L., Richards L.R., Schoeman M.C., Preiser W., Drosten C., et al. Rooting the phylogenetic tree of Middle East respiratory syndrome coronavirus by characterization of a conspecific virus from an African bat. J. Virol. 2014; 88(19): 11297-303. DOI: https://doi.org/10.1128/jvi.01498-14

43. Yang L., Wu Z., Ren X., Yang F., Zhang J., He G., et al. MERS-related betacoronavirus in Vespertilio superans bats, China. Emerg. Infect. Dis. 2014; 20(7): 1260-2. DOI: https://doi.org/10.3201/eid2007.140318

44. Raj V.S., Mou H., Smits S.L., Dekkers D.H., Müller M.A., Dijkman R., et al. Dipeptidyl peptidase 4 is a functional receptor for the emerging human coronavirus-EMC. Nature. 2003; 495(7440): 251-4. DOI: https://doi.org/10.1038/nature12005

45. van Doremalen N., Miazgowicz K.L., Milne-Price S., Bushmaker T., Robertson S., Scott D., et al. Host species restriction of middle East respiratory syndrome coronavirus through its receptor, dipeptidyl peptidase 4. J. Virol. 2014; 88(16): 9220-32. DOI: https://doi.org/10.1128/JVI.00676-14

46. Львов Д.К. Рождение и развитие вирусологии – история изучения новых и возвращающихся инфекций. Вопросы вирусологии. 2012; (S1): 5-20.

47. Львов Д.К., ред. Методические рекомендации. Организация эколого-эпидемиологического мониторинга территорий Российской Федерации с целью противоэпидемической защиты населения и войск. М.; 1993.

48. Львов Д.К., Борисевич С.В., Альховский С.В., Бурцева Е.И. Актуальные подходы к анализу вирусных геномов в интересах биобезопасности. Инфекционные болезни: новости, мнения, обучение. 2019; 8(2): 96-101. DOI: https://doi.org/10.24411/2305-3496-2019-12012

Источник

Версии

1. Version of Record от 2020-05-15

Метаданные

Об авторах

Львов Дмитрий Константинович
д-р мед. наук, проф., акад. РАН, руководитель отдела экологии вирусов с научно-практическим центром по экологии и эпидемиологии гриппа, Институт вирусологии им. Д.И. Ивановского ФГБУ «Национальный центр эпидемиологии и микробиологии имени почётного академика Н.Ф. Гамалеи» Минздрава России, 123098, Москва
Альховский С. В.
Институт вирусологии им. Д.И. Ивановского ФГБУ «Национальный центр эпидемиологии и микробиологии имени почётного академика Н.Ф. Гамалеи» Минздрава России

Предметная рубрика

COVID-19

Название журнала

Problems of Virology

Страницы

62-70

Тип документа

journal article

Тип лицензии Creative Commons

CC BY

Правовой статус документа

Свободная лицензия

Источник

elpub

Поиск по репозиторию

Статья

Истоки пандемии COVID-19: экология и генетика коронавирусов (Betacoronavirus: Coronaviridae) SARS-CoV, SARS-CoV-2 (подрод Sarbecovirus), MERS-CoV (подрод Merbecovirus)

Похожие публикации

Источник

Версии

Метаданные