为什么蝙蝠身上有这么多病毒?

为什么蝙蝠身上有这么多病毒?

在 3 月的几个星期里,Arinjay Banerjee 会在早上 6 点吃早餐,然后开车在多伦多空荡荡的道路上前往一个限制进入的实验室。然后他准备好上班,戴上三层手套、一个带空气净化呼吸器的头盔面罩和一件手术式长袍。

多伦多实验室的严格条件 - 仅比生物安全等级中最安全的级别低一级 - 至关重要。 Banerjee 是一名病毒学家,他所在的团队致力于从加拿大的首批患者中分离出 SARS-CoV-2(导致 covid-19 的病毒),以便他们能够加快疫苗开发。

班纳吉是蝙蝠侠。他拥有分离危险病原体的专业知识。他还研究了蝙蝠如何与引起中东呼吸综合征的病毒相互作用,这种病毒是哺乳动物可以携带的数百种冠状病毒之一。

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作为致命病毒的宿主,蝙蝠最近变得臭名昭著。除了在人类中反复爆发 MERS 的祖先版本外,蝙蝠还携带非常近亲的病毒,该病毒导致 2003 年严重急性呼吸系统综合症爆发和今天的新型冠状病毒大流行。它们是埃博拉病毒的疑似宿主,也是亨德拉病毒、尼帕病毒和马尔堡病毒的天然宿主——所有这些病毒都可能对人类致命。

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但尽管 长长的蝙蝠病毒清单 ,这些动物似乎并没有被许多隐形居民所困扰。科学家们想知道为什么。

今天,越来越多的人怀疑关键在于蝙蝠免疫系统的特殊特征——这些特征引发了对病毒入侵的反应,这些反应与人类发生的情况大不相同。

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“这非常有趣,”班纳吉说。 “我每天醒来都在想它。为什么蝙蝠有这种与我们如此不同、与其他哺乳动物如此不同的免疫反应?”

当然,许多病毒存在于野生动物中,通常对它们的自然宿主造成的伤害很小,只有当它们跳到人类或其他与它们没有长期进化历史的生物身上时才会给我们带来麻烦。鸭子和其他水鸟携带着无数的 A 型流感病毒株四处游荡;猪不会因携带戊型肝炎而感到不安。

但是蝙蝠似乎很特别,如果仅就它们携带和似乎可以容忍的高知名度病毒的数量而言。除了少数例外——包括狂犬病和更不起眼的塔卡利贝病毒——当蝙蝠感染病毒时,它们似乎不会生病。

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博兹曼蒙大拿州立大学传染病生态学家和野生动物兽医雷娜·普莱赖特说:“它们可以保持良好的健康状态,没有明显的疾病迹象。”

在 covid-19 之前,科学家们已经在拼凑出蝙蝠与病毒关系的一些特点。这项研究具有新的紧迫性,它提出了一个有趣的可能性。如果我们更好地了解蝙蝠如何容忍它们的病毒乘客,它可能会指出治疗方法 可以使人类感染不那么严重 .

麦吉尔大学的细胞免疫学家 Judith Mandl 说:“与其试图重新发明轮子,不如从蝙蝠进化的过程中学习,结果不是疾病,而是在感染特定病毒后能够生存的东西。”蒙特利尔。 “如果我们弄清楚了,那么也许我们可以应用相同的原理并调节人类的免疫反应。”

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当宿主(无论是蝙蝠还是人类)感染病原体时,随后的相互作用通常被描述为一场战斗。但人们越来越认识到 疾病耐受性,一种“保持冷静并坚持下去”的方法 由免疫系统限制对宿主的损害,但不担心清除所有病原体痕迹。

尽管缺少许多细节——大约有 1,300 种蝙蝠,而且研究通常集中在一个或少数——最近的研究表明,这种耐受性反映了蝙蝠如何与它们携带的许多病毒相互作用。

首先,蝙蝠会发起快速但细致入微的攻势,以阻止病毒随着放纵而繁殖。其次,也许更重要的是,它们降低了免疫步兵的活动,否则这些步兵可能会引起大规模的炎症反应,而这种反应会造成比病毒本身更大的伤害。

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这种由两部分组成的蝙蝠免疫反应的关键参与者是干扰素,这种小信号分子因其干扰病毒复制的才能而得名。它们通常是哺乳动物的第一道防线:当细胞被病毒感染时,它们会释放各种干扰素作为警报信号,一些免疫系统细胞也是如此。

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但蝙蝠似乎更好。首先,一些物种拥有大量用于制造干扰素的基因。例如,埃及果蝠(埃及蔷薇),马尔堡病毒的天然宿主,有 46 个这样的基因(人类大约有 20 个)。

二、黑狐蝠等物种(凤尾鹦鹉) 保留一些使干扰素一直活跃的基因,即使没有病毒入侵者也可以与之抗衡。这些“永远在线”的干扰素所做的一件事就是启动一种酶的生产,这种酶可以切割病毒遗传物质。

蝙蝠似乎也能够驯服炎症,这对于对抗感染至关重要,但也可能是灾难性的。

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失控的炎症是一种 重病的共同主题 来自其他物种的病毒:例如,在感染了埃博拉等致命丝状病毒的人中,引起炎症的分子的轰击会刺激多个器官的衰竭和感染性休克综合征。

一些新型流感病毒株,包括导致 1918 年致命大流行的流感病毒株,特别擅长引发一系列炎症分子。这种长时间的闪电战——可以表现为所谓的 细胞因子风暴 - 也在那些对 SARS 表现不佳的人中发现,并且是导致许多最严重的 covid-19 患者死亡的原因。

“如果你感染了某种东西,免疫反应总是在走钢丝,”曼德尔说。 “这是确保反应足够有力之间的平衡——但不要太剧烈,例如,你最终会充满液体和大量炎症细胞的肺部。”

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蝙蝠在这条钢丝上走得很优雅。他们似乎有几种方法可以避免危险的炎症反应过度。

例如,一项对大鼠耳蝙蝠免疫细胞的研究(肌炎) 成立 白细胞介素10的拨号生产 ,一种已知可以抑制身体炎症反应的蛋白质。

蝙蝠还会抑制称为炎症小体的大型蛋白质簇的活动,这些蛋白质簇协调各种促炎症分子的释放。

一些蝙蝠物种不再制造某些蛋白质来感知受损的遗传物质并引发炎症反应。例如,至少有 10 种蝙蝠失去了一个完整的此类蛋白质家族。

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都柏林大学的进化生物学家 Emma Teeling 说,综合起来,蝙蝠“似乎真的可以抑制炎症”。 探索蝙蝠基因组的重大努力 .

当研究人员解析蝙蝠如何与如此多的病毒共存时,他们也在问为什么这些生物会这样。答案似乎令人惊讶:容忍度可能与蝙蝠会飞的事实有关。

蝙蝠是唯一能够持续动力飞行的哺乳动物(它们不仅仅是滑翔),这一壮举需要改变新陈代谢。飞行是一项重要的锻炼—— 估计表明 当蝙蝠飞到空中时,它的新陈代谢率可以增加到其静止水平的 34 倍。飞行过程中这种代谢增加会产生称为活性氧的破坏性化学物质,从而引发炎症,从而导致哺乳动物的各种疾病。

因此,科学家假设,通过进化以抑制与飞行相关的炎症,蝙蝠也可能逃脱病毒感染引发的危险炎症。

蝙蝠的研究也有更直接的目标。新西兰梅西大学的流行病学家大卫·海曼 (David Hayman) 写道:“研究自然界中的蝙蝠,了解病毒在哪里,这样我们才能尝试了解它们为什么来自这些种群并杀死人类,这一点非常重要。” 蝙蝠和病毒概述 在病毒学年度评论中。

最近的研究表明,食物短缺和栖息地丧失等压力条件可能是蝙蝠传播大量病毒的关键预测因素。 Plowright 花了数年时间用巨大的网捕捉蝙蝠,并对它们的血液、尿液和粪便进行采样,并取得了 发现蝙蝠的病毒感染并不一致 跨越时间和空间。

撇开压力不谈,增加接触本身就是有问题的。 “简单的事实是,更多的人、更多的栖息地破坏,意味着更多的潜在接触,这可能只会增加感染的机会,”海曼说。

试图通过消除蝙蝠来消除此类遭遇并不是解决之道。 “那将是一场灾难,”普莱特说。 “它们提供了巨大的生态系统服务。”蝙蝠是 数百种植物的重要传粉者 ,它们有助于种子传播,而且很多都是昆虫的贪食者。

科学家们知道,他们才刚刚开始解析蝙蝠与其携带的病毒之间的关系,或者了解偶尔的、灾难性的病毒交叉进入我们的物种。随着covid-19大流行的蔓延,他们对 最近终止资助 美国国立卫生研究院的一些蝙蝠和冠状病毒研究。

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但他们正在推进他们的工作。就班纳吉而言,现在在安大略省汉密尔顿的麦克马斯特大学,他发现自己又一次穿上了危险品风格的衣服。他花费大量时间培育蝙蝠肾细胞的培养皿和培养病毒的烧瓶花园,然后将两者结合进行感染实验。

“我以为研究生院很忙,”他说。 “但这里忙得不可开交。”

本报告由 Knowable 杂志制作,可在以下网址阅读全文 知识杂志 .

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