Epidemia koronawirusa budzi wątpliwości: Dlaczego wirusy nietoperzy są tak zabójcze?

To nie przypadek, że niektóre z najgorszych ognisk chorób wirusowych w ostatnich latach - SARS, MERS, Ebola, Marburg i prawdopodobnie nowo przybyły 2019-n wirus CoV - powstały u nietoperzy.

Nowe badania na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley dowodzą, że ostra reakcja immunologiczna nietoperzy na wirusy może prowadzić do szybszej replikacji wirusów, tak że gdy przeskakują one do ssaków o przeciętnych układach odpornościowych, takich jak ludzie, wirusy sieją śmiertelne spustoszenie.

Niektóre nietoperze - w tym te, o których wiadomo, że są oryginalnym źródłem zakażeń u ludzi - okazały się żywicielami systemów odpornościowych, które są wiecznie zagruntowane w celu zamontowania mechanizmów obronnych przed wirusami. Infekcje wirusowe u tych nietoperzy prowadzą do szybkiej reakcji, która wymusza usunięcie wirusa z komórek. Chociaż może to chronić nietoperze przed zakażeniem dużą ilością wirusów, zachęca to te wirusy do szybszego rozmnażania się w organizmie żywiciela, zanim będzie można zamontować obronę.

To sprawia, że nietoperze są wyjątkowym rezerwuarem szybko rozmnażających się i wysoce zakaźnych wirusów. Podczas gdy nietoperze mogą tolerować wirusy takie jak te, kiedy te wirusy nietoperzy następnie przenoszą się do zwierząt, które nie mają szybko reagującego systemu odpornościowego, wirusy szybko przytłaczają nowych żywicieli, co prowadzi do wysokiej śmiertelności.

"Niektóre nietoperze są w stanie zamontować tę solidną odpowiedź przeciwwirusową, ale również zrównoważyć ją z odpowiedzią przeciwzapalną", powiedziała Cara Brook, podoktorantka Miller Fellow na UC Berkeley i pierwsza autorka badania. "Nasz system odpornościowy generowałby rozległe zapalenie, gdyby próbował tę samą strategię antywirusową. Ale nietoperze wydają się wyjątkowo odpowiednie do unikania zagrożenia immunopatologią."

Badacze zauważają, że zakłócenie środowiska życia nietoperzy zdaje się stresować zwierzęta i sprawia, że wyrzucają one jeszcze więcej wirusa w swojej ślinie, moczu i odchodach, który może zainfekować inne zwierzęta.

"Zwiększone zagrożenia środowiskowe dla nietoperzy mogą zwiększyć zagrożenie zoonozą", powiedział Brook, który współpracuje z programem monitorowania nietoperzy finansowanym przez DARPA (U.S. Defense Advanced Research Projects Agency), który jest obecnie realizowany na Madagaskarze, w Bangladeszu, Ghanie i Australii. W ramach projektu Bat One Health badany jest związek między utratą siedlisk nietoperzy a rozprzestrzenianiem się wirusów nietoperzy na inne zwierzęta i ludzi.

"Najważniejsze jest to, że nietoperze są potencjalnie wyjątkowe, jeśli chodzi o przyjmowanie wirusów", powiedział Mike Boots, ekolog chorób i profesor biologii integracyjnej UC Berkeley. "To nie jest przypadkowe, że wiele z tych wirusów pochodzi od nietoperzy. Nietoperze nie są nawet tak blisko spokrewnione z nami, więc nie spodziewalibyśmy się, że będą hostować wiele ludzkich wirusów. Ale ta praca pokazuje, jak system immunologiczny nietoperzy może napędzać wirusy, które to pokonają."

Nowe badanie przeprowadzone przez Brook, Boots i ich kolegów zostało opublikowane w tym miesiącu w czasopiśmie eLife.

Buty i UC Berkeley kolega Wayne Getz są wśród 23 chińskich i amerykańskich współautorów papieru opublikowanego w zeszłym tygodniu w czasopiśmie EcoHealth, który argumentuje dla lepszej współpracy między amerykańskimi i chińskimi naukowcami, którzy koncentrują się na ekologii choroby i powstających infekcji.

Silny lot prowadzi do dłuższego życia - i być może wirusowej tolerancji

Jako jedyny latający ssak, nietoperze podnoszą swoje wskaźniki metaboliczne w locie do poziomu podwojonego w stosunku do gryzoni o podobnej wielkości podczas biegu.

Ogólnie rzecz biorąc, energiczna aktywność fizyczna i wysokie tempo metabolizmu prowadzą do większego uszkodzenia tkanek z powodu nagromadzenia reaktywnych cząsteczek, głównie wolnych rodników. Wydaje się jednak, że aby umożliwić lot, nietoperze opracowały fizjologiczne mechanizmy skutecznego usuwania tych destrukcyjnych cząsteczek.

Ma to tę zaletę, że skutecznie usuwa szkodliwe molekuły powstałe w wyniku zapalenia dowolnej przyczyny, co może tłumaczyć wyjątkowo długą żywotność nietoperzy. Mniejsze zwierzęta z szybszym biciem serca i metabolizmem mają zazwyczaj krótszą żywotność niż większe zwierzęta z wolniejszym biciem serca i wolniejszym metabolizmem, prawdopodobnie dlatego, że wysoki metabolizm prowadzi do bardziej destrukcyjnych wolnych rodników. Ale nietoperze są unikalne w o wiele dłuższej żywotności niż inne ssaki tej samej wielkości: Niektóre nietoperze mogą żyć 40 lat, podczas gdy gryzoń tej samej wielkości może żyć dwa lata.

To szybkie tłumienie stanu zapalnego może mieć również inną zaletę: tłumienie stanu zapalnego związanego z antywirusową reakcją immunologiczną. Jedną z kluczowych sztuczek wielu systemów odpornościowych nietoperzy jest uwalnianie cząsteczki sygnalizacyjnej zwanej interferonem alfa, która mówi innym komórkom, że "człowiek stacja bojowa" przed atakiem wirusa.

Brook była ciekawa, jak szybka reakcja immunologiczna nietoperzy wpływa na ewolucję wirusów, które są ich żywicielami, dlatego też prowadziła eksperymenty na wyhodowanych komórkach dwóch nietoperzy i, jako kontrola, jednej małpy. Jeden nietoperz, egipski nietoperz owocożerny (Rousettus aegyptiacus), naturalny żywiciel wirusa marburskiego, wymaga bezpośredniego ataku wirusowego przed przepisaniem swojego genu interferon-alfa, aby zalać organizm interferonem. Technika ta jest nieco wolniejsza od techniki australijskiego czarnego lisa latającego (Pteropus alecto), rezerwuaru wirusa Hendra, który jest zapoczątkowany do walki z infekcjami wirusowymi z interferonem alfa RNA, który jest transkrybowany i gotowy do przekształcenia w białko. Linia komórkowa African green monkey (Vero) w ogóle nie produkuje interferonu.

W przypadku naśladowania Eboli i Marburga przez wirusy, różne odpowiedzi tych linii komórkowych były uderzające. Podczas gdy linia komórkowa zielonej małpy została szybko przytłoczona i zabita przez wirusy, podzbiór komórek nietoperza rousette z powodzeniem odgrodził się od infekcji wirusowej, dzięki wczesnemu ostrzeganiu interferonem.

W australijskich komórkach czarnego lisa latającego odpowiedź immunologiczna była jeszcze bardziej skuteczna, a infekcja wirusowa znacznie spowolniła w stosunku do linii komórkowej russety. Ponadto, te odpowiedzi interferonu nietoperzy wydawało się pozwolić infekcje trwać dłużej.

"Pomyślcie o wirusach na monowarstwie komórkowym jak o pożarze palącym się w lesie. Niektóre ze społeczności - komórki - mają koce awaryjne, a ogień przenika bez szkody dla nich, ale pod koniec dnia masz jeszcze tlące się węgle w systemie - są jeszcze niektóre komórki wirusowe", powiedział Brook. Ocalałe społeczności komórek mogą się rozmnażać, zapewniając nowe cele dla wirusa i tworząc tlącą się infekcję, która utrzymuje się przez całe życie nietoperza.

Brook and Boots stworzyli prosty model systemu odpornościowego nietoperzy, aby odtworzyć ich eksperymenty w komputerze.

"To sugeruje, że posiadanie naprawdę solidnego systemu interferonowego pomogłoby tym wirusom przetrwać w gospodarzu", powiedziała Brook. "Kiedy masz wyższą odpowiedź immunologiczną, otrzymujesz te komórki, które są chronione przed infekcją, więc wirus może rzeczywiście zwiększyć tempo replikacji bez szkody dla swojego gospodarza. Ale kiedy rozleje się on na coś w rodzaju człowieka, nie mamy tego samego rodzaju mechanizmu antywirusowego i możemy doświadczyć wielu patologii".

Badacze zauważyli, że wiele wirusów nietoperzy przeskakuje na ludzi za pośrednictwem zwierząt. SARS dostawały się do ludzi przez cywety palmy azjatyckiej; MERS przez wielbłądy; Ebola przez goryle i szympansy; Nipah przez świnie; Hendra przez konie i Marburg przez afrykańskie zielone małpy. Niemniej jednak, wirusy te nadal pozostają niezwykle zjadliwe i zabójcze po dokonaniu ostatecznego skoku w człowieka.

Brook i Boots projektują bardziej formalny model ewolucji choroby u nietoperzy, aby lepiej zrozumieć rozprzestrzenianie się wirusa na inne zwierzęta i ludzi.

"Jest naprawdę ważne, aby zrozumieć trajektorię infekcji, aby móc przewidzieć pojawienie się, rozprzestrzenianie i przenoszenie się wirusa", powiedział Brook.

Wróć na stronę główną