Не случайно некоторые из самых страшных вспышек вирусных заболеваний за последние годы - атипичная пневмония, MERS, лихорадка Эбола, Марбург и, вероятно, недавно появившийся вирус 2019-нКоВ - произошли у летучих мышей.
Новое исследование Калифорнийского университета в Беркли показало, что ожесточенный иммунный ответ летучих мышей на вирусы может заставить вирусы быстрее размножаться, поэтому, когда они прыгают на млекопитающих со средней иммунной системой, таких как люди, вирусы приводят к смертельному хаосу.
Было показано, что некоторые летучие мыши, в том числе те, которые являются первичным источником человеческих инфекций, содержат иммунную систему, которая постоянно защищает от вирусов. Вирусная инфекция у этих летучих мышей приводит к быстрому ответу, который защищает вирус от клеток. Хотя это может защитить летучих мышей от заражения высокими вирусными нагрузками, оно поощряет эти вирусы быстрее размножаться на хосте, прежде чем можно будет установить защиту.
Это делает летучих мышей уникальным резервуаром быстро размножающихся и легко передаваемых вирусов. Хотя летучие мыши могут переносить подобные вирусы, когда эти вирусы летучих мышей затем переносятся на животных, у которых отсутствует иммунная система быстрого реагирования, вирусы быстро подавляют своих новых хозяев, что приводит к высокой смертности.
«Некоторые летучие мыши способны усиливать этот устойчивый противовирусный ответ, но также уравновешивать его с противовоспалительным ответом», - сказала Кара Брук, докторская научная сотрудница Миллера в Калифорнийском университете в Беркли и первый автор исследования. «Наша иммунная система будет генерировать широко распространенное воспаление, если попытаться применить такую же антивирусную стратегию. Но летучие мыши выглядят уникально, чтобы избежать угрозы иммунопатологии ».
Исследователи отмечают, что нарушение среды обитания летучих мышей, по-видимому, вызывает стресс у животных и заставляет их выделять еще больше вируса в слюне, моче и кале, которые могут заразить других животных.
«Повышенная экологическая угроза для летучих мышей может усилить угрозу зооноза», - сказал Брук, который работает с программой мониторинга летучих мышей, финансируемой DARPA (Агентство перспективных исследований в области обороны США), которая в настоящее время осуществляется на Мадагаскаре, в Бангладеш, Гане и Австралии. Проект «Здоровье одной летучей мыши» исследует связь между потерей среды обитания летучих мышей и распространением вирусов летучих мышей на других животных и людей.
«Суть в том, что летучие мыши потенциально особенные, когда речь идет о размещении вирусов», - сказал Майк Бутс, эколог по болезням и профессор интегративной биологии Калифорнийского университета в Беркли. «Не случайно многие из этих вирусов происходят от летучих мышей. Летучие мыши даже не настолько тесно связаны с нами, поэтому мы не ожидаем, что они будут содержать много вирусов человека. Но эта работа демонстрирует, как иммунная система летучих мышей может управлять вирулентностью, которая преодолевает это.»
Новое исследование Брука, Бутса и их коллег было опубликовано в этом месяце в журнале eLife.
Бутс и коллега из Калифорнийского университета в Беркли Уэйн Гетц являются одними из 23 китайских и американских соавторов статьи, опубликованной на прошлой неделе в журнале EcoHealth, в которой говорится о лучшем сотрудничестве между США и китайскими учеными, которые занимаются вопросами экологии болезней и возникающих инфекций.
Энергичный полет ведет к увеличению продолжительности жизни - и, возможно, вирусной толерантности
Будучи единственным летающим млекопитающим, летучие мыши повышают уровень метаболизма в полете до уровня, который удваивается по сравнению с грызунами аналогичного размера при беге.
Как правило, активная физическая активность и высокие скорости метаболизма приводят к более сильному повреждению тканей из-за накопления реактивных молекул, в первую очередь свободных радикалов. Но чтобы летать, летучие мыши, похоже, разработали физиологические механизмы для эффективной очистки этих разрушительных молекул.
Это имеет побочное преимущество - эффективно очищает повреждающие молекулы, вызванные воспалением по любой причине, что может объяснить уникальную длительность жизни летучих мышей. Меньшие животные с более быстрым сердечным ритмом и метаболизмом обычно имеют более короткую продолжительность жизни, чем более крупные животные с более медленным сердцебиением и более медленным метаболизмом, вероятно, потому что высокий метаболизм приводит к более разрушительным свободным радикалам. Но летучие мыши уникальны тем, что их продолжительность жизни намного больше, чем у других млекопитающих того же размера: некоторые летучие мыши могут жить 40 лет, тогда как грызун того же размера может жить два года.
Это быстрое устранение воспаления может также иметь другое преимущество: уменьшение воспаления, связанного с противовирусным иммунным ответом. Одним из ключевых трюков иммунной системы многих летучих мышей является триггерное высвобождение сигнальной молекулы, называемой интерферон-альфа, которая предписывает другим клеткам «управлять станциями сражения» до вторжения вируса.
Брук было любопытно, как быстрый иммунный ответ летучих мышей влияет на развитие вирусов, которые они содержат, поэтому она проводила эксперименты на культивируемых клетках двух летучих мышей и, в качестве контроля, одной обезьяны. Одна летучая мышь, египетская фруктовая летучая мышь (Rousettus aegyptiacus), естественный хозяин вируса Марбург, требует прямой вирусной атаки, прежде чем транскрибировать свой ген альфа-интерферона, чтобы наполнить организм интерфероном. Этот метод немного медленнее, чем у австралийской черной летучей лисицы (Pteropus alecto), резервуара вируса Хендры, который предназначен для борьбы с вирусными инфекциями с помощью интерферон-альфа-РНК, которая транскрибируется и готова превращаться в белок. Клеточная линия африканских зеленых мартышек (Vero) вообще не продуцирует интерферон.
Когда вирусы, имитирующие Эболу и Марбург, были заражены, различные реакции этих клеточных линий были поразительными.В то время как линия клеток зеленой обезьяны была быстро перегружена и уничтожена вирусами, подмножество клеток летучей мыши-рулетки успешно отгородилось от вирусной инфекции благодаря раннему предупреждению интерферона.
В клетках австралийской черной летучей лисицы иммунный ответ был еще более успешным, при этом вирусная инфекция значительно замедлилась по сравнению с клеточной линией в клетке. Кроме того, эти реакции интерферона летучей мыши, казалось, позволяли инфекциям длиться дольше.
«Думайте о вирусах на клеточном монослое как о горящем в лесу огне. В некоторых сообществах - ячейках - есть аварийные одеяла, и огонь проходит без вреда для них, но в конце дня у вас все еще есть тлеющие угли в системе - все еще есть некоторые вирусные клетки », - сказал Брук. Сохранившиеся сообщества клеток могут размножаться, ставя новые цели для вируса и создавая тлеющую инфекцию, которая сохраняется на протяжении всей жизни летучей мыши.
Brook and Boots создали простую модель иммунной системы летучих мышей, чтобы воссоздать свои эксперименты на компьютере.
«Это говорит о том, что наличие действительно надежной системы интерферона помогло бы сохранить эти вирусы в организме», - сказал Брук. «Когда у вас более высокий иммунный ответ, вы получаете эти клетки, которые защищены от инфекции, поэтому вирус может на самом деле увеличить скорость репликации, не нанося вреда своему хозяину. Но когда он переходит в нечто похожее на человека, у нас нет такого же противовирусного механизма, и мы можем испытывать много патологий ».
Исследователи отметили, что многие вирусы летучих мышей распространяются на человека через животных-посредников. ТОРС попал к людям через азиатскую пальмовую цивету; MERS через верблюдов; Эбола через горилл и шимпанзе; Нипа через свиней; Хендра через лошадей и Марбург через африканских зеленых обезьян. Тем не менее, эти вирусы все еще остаются чрезвычайно опасными и смертельно опасными при совершении последнего прыжка в человека.
Брук и Ботс разрабатывают более формальную модель развития болезни у летучих мышей, чтобы лучше понять распространение вируса на других животных и людей.
«Очень важно понять траекторию заражения, чтобы иметь возможность прогнозировать возникновение, распространение и передачу», - сказал Брук.