На какво прилепите могат да научат хората за имунитета срещу коронавирус

Прилепите имат уникална генетична способност да понасят много вирусни инфекции. Могат ли хората да разкрият своите тайни?

Малкото кафяво прилепче, Myotis lucifugus   Гети От: Лина Зелдович    28 октомври 2020 г.

Пещерата беше огромна и пълна с прилепи, висящи с главата надолу от тавана. Това беше умопомрачителна гледка - десетки хиляди космати полетящи същества с размах на крилете с дължина на пиле. Миризмите и звуците бяха поразителни. Сякаш току-що се отвори изцяло нов свят.

Брайън Бърд, който специализира ветеринарна медицина и вирусология в Калифорнийския университет в Дейвис, от известно време изучава прилепи и други диви същества, но тази гледка го задържа от години. Неговият екип е работил в Уганда, разследвайки огнището на вируса Марбург, близкия братовчед на Ебола , и е намерил пещера, в която са носели съществата, носещи вируса. Пещерата имаше отвор, достатъчно голям, за да могат учените да преминат с пълна защитна екипировка, така че това направиха. Това, което откриха вътре, победи всички очаквания. „Пещерата се отвори във великолепна пещера под планина, сякаш самата планина е куха“, спомня си Птиците. „И беше пълна с египетски плодови прилепи, десетки хиляди от тях. Изведнъж попаднахте в света на тези големи прилепи. "

Бърд, който е асоцииран директор в One Health Institute, беше и изследовател на финансираната от USAID  PREDICT , програма, създадена за идентифициране и борба с възникващите инфекциозни заболявания. Известно е, че прилепите носят доста голям брой опасни за хората патогени, така че те попадат под такова наблюдение. Усилията на Bird са насочени предимно към Африка, където живеят много видове прилепи.

Изследовател на PREDICT, който извлича прилеп от мрежа в Танзания

За да изследва съществата и вирусите, които те носят, екипът разпъва мрежи по летящите пътеки на прилепите - между дърветата или през отворите на пещерите, в зависимост от това къде е видът. Докато прилепите излитаха да се хранят по здрач, те щяха да бъдат уловени. Облечени в костюми на Tyvek, маски N95, дебели кожени ръкавици и защитни очила, за да се избегнат всякакви възможни аерозолни контакти, учените ги разглобяват внимателно, загребват ги в платнени торбички, подобни на калъфките за възглавници, и след това ги изваждат бавно - за претегляне, измерване и вземане тампони от слюнката и изпражненията им. Понякога съществата биха се борили или се опитваха да хапят. „Бихме ги оставили да захапят кожените ръкавици, защото това ще ги успокои“, разкрива Бърд, „но ние се опитахме да направим всичко с възможно най-малко смущения в живота им.“ След като изследователите свършиха,

Усилията на PREDICT обхващат гама от цели. Целта му е била да обучи армия от специалисти по наблюдение на дивата природа в 30 различни държави, които да следят за възникващи инфекции. Той също така идентифицира какви вируси носят различни видове, включително много нови. „Открихме над 1000 нови вируса - повече, отколкото знаехме, когато програмата стартира за първи път“, спомня си Bird. Проектът също така информира учените какви вируси могат да крият съществата, без да се разболяват опасно. Разбирането как прилепите държат тези вируси в пристанище може да ни помогне да изградим по-добра имунна защита срещу вирусни инфекции, включително новия коронавирус, който спря света.

Въведете SARS-CoV-2

Траекторията на SARS-CoV-2 в човешкото тяло е добре документирана. Сега известната бодлива шиповидна сфера има молекулярна способност за навлизане в човешки клетки чрез свързване с ACE2 рецептор, често срещан на повърхностите на различни клетки. Веднъж попаднал вътре, вирусът поема клетъчната техника и започва да прави копия на себе си. Когато се сглобят новите вирусни частици, те обикновено избухват от клетката, убивайки я - и продължават да нахлуват в повече клетки. Инфектираните клетки викат към имунната система и в отговор тя разгръща големите оръжия - В-клетките, които произвеждат антитела, и Т-клетките, които убиват вирусните нашественици заедно със заразените клетки на белите дробове или други тъкани.

Този защитен отговор се задейства от така наречените възпалителни цитокини , молекули, които стимулират възпалението, необходимо за убиване на вируса, но при някои хора процесът излиза извън контрол. Свръхревностната имунна система предизвиква толкова много възпаление, че уврежда собствените тъкани и органи на тялото, което може да бъде летално. „Повечето симптоми, причинени от силно патогенни коронавируси като SARS или SARS-CoV-2 при хората, се дължат на свръхвъзпалението в тялото“, казва вирусологът Arinjay Banerjee, постдокторант в Университета Макмастър в Канада.

За разлика от хората, прилепите не развиват огромен отговор на имунната система. Хипотезата е, че те по някакъв начин потискат възпалението.

Междувременно прилепите, които са естествени гостоприемници за много коронавируси - включително подобни на ТОРС - ги държат встрани, без да се разболеят тежко. „Те могат да бъдат заразени, но не развиват клиничните симптоми на болестта“, обяснява Банерджи. За разлика от хората, прилепите не развиват огромен отговор на имунната система. Хипотезата е, че те по някакъв начин потискат възпалението и съжителстват заедно с вирусите.

Тази забележителна поносимост към инфекции не е единственото нещо, което отличава прилепите. Прилепите са невероятни същества по много причини. Те са единствените истински летящи бозайници на Земята. „Има над 1400 познати вида прилепи - и ние непрекъснато откриваме нови“, казва Банерджи. Разнообразието им е изумително. Прилепът на свинете на Кити, който е най-малкият от видовете и вероятно е и най-малкият бозайник в света, е с размерите на голяма пчела с тегло само два грама - същото при две скитли. За сравнение, най-големият прилеп - Pteropus vampyrus в Азия, известен също като летящата лисица—Има размах на крилата от пет фута и половина, сравним с човешкия ръст. Когато е във въздуха, летящата лисица изглежда като птерозаври на изгубения свят, които по погрешка се завихрят в нашата собствена ера - с изключение на това, че праисторическите летци са били влечуги, а прилепите са бозайници.

Летящи лисици в небето в Индонезия. Гети

Летенето, което е специален талант, който никой друг бозайник не е успял да развие, е оформило еволюцията на прилепите по уникални начини. Тъй като летенето отнема много енергия и калории, всички прилепи са леки и имат изключително висок метаболизъм. Те стареят много бавно, не развиват хронично възпаление и на практика никога нямат рак. В гените на човека и бозайниците хромозомите имат защитни структури, наречени теломери, които се износват и съкращават с времето, причинявайки стареене на клетките. Но при някои видове прилепи теломерите никога не се съкращават - сякаш съществата са получили подарък за безсмъртие от майката природа. В сравнение с животни с подобен размер, те живеят изключително дълго - изследователите са открили един сибирски прилеп, който е живял над 40 години. За сравнение, мишките живеят три години и обикновено по-малко.

Докато се радват на такова дълголетие, прилепите също са в състояние да понасят различни вируси - не само коронавирусите, но и други, по-злобни. Те съжителстват с вируси, които са изключително смъртоносни за хората. Например, прилепите носят вируса Nipah, който периодично скача върху хората със 75 до 100 процента смъртност . Прилепите понасят също така вируса Хендра, който също от време на време се прелива върху хората и съжителства с Ебола и нейния роднина, вирусът Марбург. Дори вирусът на бяс, който обикновено е смъртоносен за всички бозайници, не винаги убива прилепите - в зависимост от сезоните и други условия те могат успешно да развият имунитет срещу него.

Но за разлика от мишките, истинският работен кон за научни изследвания, прилепите могат да бъдат трудни за изучаване. Има малко колонии за размножаване на прилепи в плен, тъй като съществата са трудни за отглеждане в плен. Те също представляват рискове за здравето поради болестите, които носят. Така че, вместо да изследват как прилепите побеждават вирусите in vivo, Banerjee и други вирусолози изследват как клетките на прилепите се борят с вирусите в чашка на Петри. И те имат някои идеи какво прави прилепите толкова добри в това.

Политиката на намеса

За да държат вирусите под контрол, клетките на прилепите произвеждат молекули, наречени интерферони, които предизвикват верижна реакция, която пречи на вирусната репликация. За разлика от антителата, които покриват вирусните частици, предотвратявайки прикачването на протеинови протеини върху нашите клетки, интерфероните не се справят директно с вируса. Вместо това, интерфероните стимулират редица гени в клетките, за да генерират вещества, които успокояват репликационните механизми на вируса. „Самите интерферони не са защитни, но стимулират други гени, наречени гени, стимулирани от интерферон, или ISGs“, казва Банерджи, сравнявайки интерфероните с батерия, която стартира автомобил. „Интерфероните са начален фактор за тези гени на ISG. Без батерията колата ви не стартира и след като колата стартира, вече нямате нужда от батерията, за да работи двигателят. "

Eidolon helvum , плодови прилепи с цвят на слама, висят с главата надолу от дърво в Танзания

Прилепите не са уникални в производството на тези молекули. Хората също произвеждат интерферони - и такива молекули играят решаваща роля в защитата срещу коронавируса. Учени от университета Рокфелер откриха, че пациентите, на които липсва интерферон тип I, набор от 17 протеина, които помагат за защита на клетките и тялото, имат по-тежки симптоми на Covid-19и повече смъртни случаи също. Използвайки кръвни проби от пациенти, хоспитализирани с тежка COVID и от хора с асимптоматични инфекции, екипът провежда генетично сравнение. Те открили, че тези с тежко заболяване имат редки варианти на 13-те гена, участващи в пътя на интерферона и над три процента от тях липсват напълно функциониращ ген. Над десет процента от тежко засегнатите пациенти са имали погрешно направени антитела, които неутрализират тези интерферони - проблем, който изследователите определят като автоимунно състояние. Тези констатации помагат да се обясни защо някои млади и здрави индивиди се навиват в интензивно отделение и на вентилатори, докато други изобщо не развиват симптоми.

Но докато интерфероните от тип I са първата линия на антивирусна защита при всички бозайници, прилепите имат много повече гени, произвеждащи интерферон, отколкото хората. Всъщност някои видове прилепи имат десетки гени, генериращи интерферон. Например, Pteropus vampyrus има 61 гена тип I интерферон , според едно проучване. Както и малкият кафяв прилеп, Myotis lucifugus.

Летенето може също да вземе предвид антивирусния отговор на прилепите. "Когато прилепите летят, скоростта на метаболизма им преминава през покрива и телесната им температура се повишава до 41 ° С, това е като треска", казва Банерджи Учените предполагат, че може да работи като друга антивирусна защита, въпреки че механизмите на това не са напълно разбрани. Но едно нещо е ясно. Имунната система на прилепите е по-добра от нашата по своя вирусен защитен баланс, което ги прави важни субекти на изследване. Международен проект, ръководен от Центъра за изследване на ирландски прилепи към Университетския колеж, Дъблин, Ирландия, иска да подреди всички видове прилепи в света и да каталогизира техните геноми. Наречен проект Bat1K, той има за цел да подреди известните видове прилепи с надеждата да разбере как работят техните гени - и евентуално да използва знанията, за да създаде лекарства за хората.

Мирно съжителство

Учените изчисляват, че до 75 процента от зараждащите се инфекциозни заболявания са зоонозни, което означава, че те са причинени от скокове на патогени от животни към хора. И честотата на огнищата, причинени от зоонозни патогени, се увеличава. Поне отчасти това се дължи на разрастващата се човешка популация, която посяга на местообитанията на дивата природа, включително прилепите. Изчистването на горите, където живеят някои видове прилепи, или добивът, които унищожават пещери, където други видове обитават, тласка съществата да се преместят на нови места, често близо до хората. На някои места хората ловят и прилепи за храна - и са били от поколения насам.

Екологичните бедствия също играят роля. Когато през 1997 г. масивни пожари унищожиха големи площи на индонезийските гори, плодоносните прилепи, които се хранеха там, трябваше да намерят нови източници на храна. Те намерили добро хранене сред манговите дървета на свинефермите. Когато прасетата изядоха падналите плодове, предварително ухапани от прилепи, те хванаха вируса Nipah , който предадоха на хората, причинявайки огнище.

Забележително е, че не всички близки контакти причиняват огнища, казва Бърд. Всъщност понякога учените се чудят защо огнищата не се разпознават по-често, особено на места, където хората ловуват прилепи или събират плодове, ухапани от тях, или използват техния тор като тор. Част от причината е, че докато прилепите носят тези вируси, те не винаги ги изхвърлят в околната среда. Проливането може да е сезонно, казва Бърд. Например прилепите, носещи вируси на Марбург, имат два размножителни сезона годишно и най-вече младите прилепи са тези, които отделят вируса. Когато бебешките прилепи пристигнат, те получават антителата срещу вирусите с млякото на майките си, точно както хората, но след като бъдат отбити, те стават податливи на инфекции. Тъй като имунната им система узрява, тя контролира вирусите, но по време на тяхната младежка фаза младите могат да хвърлят вируси. И дори когато инфекциозен прилеп ухапе манго, вирусът може да се деактивира на слънчева светлина, преди човек да го изяде. И накрая, не всички вируси, които носят прилепите, са смъртоносни за хората. Има примери за ебола, които не са патогенни за хората, казва Бърд.

Седмичен бюлетин

 

Вземете корекцията на най-добрите истории на JSTOR Daily във входящата си поща всеки четвъртък.

 

Декларация за поверителност   Свържете се с нас

Можете да се отпишете по всяко време, като щракнете върху предоставената връзка във всяко маркетингово съобщение.  

Популациите, които живеят в непосредствена близост до прилепите, понякога знаят как да съжителстват безопасно с тях - като например да не безпокоят през определени сезони. Но тъй като човешката популация продължава да расте, унищожавайки местообитанията на прилепите и ги изтласквайки на нови места, броят на тези преливни събития вероятно ще се увеличи - и шансовете за пандемии също. Кой е най-добрият начин да ги предотвратите? Мирното съвместно съществуване - което означава да се избегне унищожаването на местообитанията - е една добра политика. Другото е образованието и осведомеността на популациите, живеещи в непосредствена близост до прилепи и други същества - особено там, където прилепите все още служат като източник на храна. „Много култури ядат прилепи“, казва Бърд - и това не е нещо, което може да се промени за една нощ. „Ядем храната, която ядем, защото родителите ни я правят - културните промени настъпват бавно.

Последното парче от пъзела за превенция е изследване на дивата природа, която носи патогени, опасни за хората. Това може да информира учените какво ново заболяване може да се появи един ден. И знаейки как прилепите и другите диви същества се намесват в техните инфекции, би помогнало на учените да се намесят в нашата - ограничавайки огнището, преди то да се превърне в пандемия.

Ежедневно поддържайте JSTOR! Присъединете се към нашата нова членска програма на Patreon днес.

 Дял  Tweet електронна поща Печат Имате корекция или коментар за тази статия?
Моля, свържете се с нас. прилепивирусиСписание за екология на животнитеВестник по мамологияСписание за обществена здравна политикаИзвестия на Националната академия на науките на Съединените американски щатиНаукаВестник за инфекциозни болести Ресурси

JSTOR е цифрова библиотека за учени, изследователи и студенти. Читателите на JSTOR Daily могат да получат безплатен достъп до оригиналните изследвания зад нашите статии в JSTOR.

Екология на вирусите на Марбург и Ебола: спекулации и насоки за бъдещи изследвания От: Томас П. Монат Списание за инфекциозни болести, бр. 179, Приложение 1. Ебола: Вирусът и болестта (февруари 1999 г.), стр. S127-S138 Oxford University Press Прилепите са естествени резервоари на коронавируси, подобни на ТОРС От: Wendong Li "," Zhengli Shi "," Meng Yu "," Wuze Ren "," Craig Smith "," Jonathan H. Epstein "," Hanzhong Wang "," Gary Crameri "," Zhihong Hu "," Huajun Zhang "," Jianhong Zhang "," Jennifer McEachern "," Hume Field "," Peter Daszak "," Bryan T. Eaton "," Shuyi Zhang "," Lin-Fa Wang Science, New Series, Vol. 310, № 5748 (28 октомври 2005 г.), стр. 676-679 Американска асоциация за развитие на науката Диетични навици на най-големите прилепи в света: Филипинските летящи лисици, Acerodon jubatus и Pteropus vampyrus lanensis От: Сам С. Стиър и Тами Л. Милденщайн Journal of Mammalogy, Vol. 86, № 4 (август, 2005), стр. 719-728 Американско общество на мамолозите Контролиране на енцефалита на вируса Nipah в Бангладеш: Варианти на политиката От: Жасмин Дийон "," Arinjay Banerjee Списание за обществена здравна политика, кн. 36, No 3 (август 2015 г.), стр. 270-282 Списания на Palgrave Macmillan Динамика на вирусните антитела при хироптеран гостоприемник От: Кейт С. Бейкър, Ричард Су-Ай, Дженифър Бар, Дейвид Т. Хейман, Кристофър Б. Бродър, Даниел Л. Хортън, Кристофър Дюрант, Пабло Р. Мурсия, Андрю А. Кънингам и Джеймс Л. Н. Ууд Списание за екология на животните, кн. 83, № 2 (март 2014 г.), стр. 415-428 Британско екологично общество Екологията на домакините и вирусите определя сезонността и поддържането на бяс при прилепите От: Дилън Б. Джордж "," Колийн Т. Уеб "," Матю Л. Фарнсуърт "," Томас Дж. О"Ши "," Ричард А. Боуен "," Дейвид Л. Смит "," Томас Р. Стенли "," Лора Е. Елисън "," Чарлз Е. Руппрехт Известия на Националната академия на науките на Съединените американски щати, кн. 108, № 25 (21 юни 2011 г.), стр. 10208-10213 Национална академия на науките