معلومة

ماذا عن جهاز المناعة لدى الخفافيش الذي يحميهم من الإيبولا؟

ماذا عن جهاز المناعة لدى الخفافيش الذي يحميهم من الإيبولا؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

تشير الدلائل الحالية إلى أن خفافيش الفاكهة هي مستودعات مضيفة للإيبولا. هل حدد أي بحث ما هو الاختلاف في بيولوجيا الخلية أو نظام المناعة الذي يقلل من ضراوتهم؟ فشل البحث عن هذا النظام بعينه ، هل لديك مثال في نظام آخر لكيفية تقليل الفوعة في مضيف الخزان؟

أقوم بتدريس فصل بيولوجيا الخلية ، لذا يفضل استخدام الأمثلة الفعلية للبروتينات أو الإنزيمات المعدلة أو الجزيئات الالتهابية في الخزان.


والسبب الرئيسي لذلك هو أن خفافيش الفاكهة هي على الأرجح (لا أعتقد أن هناك دليلًا مباشرًا على الإصابة بفيروس إيبولا حتى الآن) هي المستودع المضيف لهذا المرض. يتكيف العائل المستودع مع المرض ويمكن أن يأويه لفترة غير محددة (مع عدوى متكررة) دون إظهار علامات العدوى أو التأثر به. على الرغم من أنه لا يمرض ، يمكن لمضيف الخزان أن ينقل المرض إلى حيوانات أخرى.

لا يُعرف الكثير عن الجهاز المناعي للخفافيش ، لكن يبدو أنها مختلفة ، لذا فهي لا تتأثر بالأمراض التي تسبب الفوضى للإنسان. تتناول الأوراق التالية بعض التفاصيل ومن الممتع قراءتها:

تعطي هذه الأوراق وجهة نظر مثيرة للاهتمام عن جهاز المناعة لدى الخفافيش. المقال الأول هو شرح موجز لأهم ما توصل إليه المقال الثاني. يبحث في الاختلافات بين الأنواع ويحلل كيفية تطور نظام المناعة لدى الخفافيش. مثيرة للاهتمام حقا.

  • من الخفافيش والطيران والحصانة ضد الفيروسات
  • يوفر التحليل المقارن لجينومات الخفافيش نظرة ثاقبة على
    تطور الطيران والمناعة.
  • الاستجابات المناعية المضادة للفيروسات للخفافيش: مراجعة

يمكن أن تساعد "مناعة الخفافيش الفائقة" في حماية الناس

الثعلب الطائر أسود الرأس بين مستعمرة رمادية الرأس. الائتمان: ميشيل بيكر CSIRO

اكتشف الباحثون لأول مرة قدرة فريدة في الخفافيش تسمح لها بالحمل دون أن تتأثر بالأمراض الفتاكة.

على عكس البشر ، تحافظ الخفافيش على أنظمتها المناعية تعمل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع ويعتقد العلماء أن هذا يمكن أن يكون مفتاح حماية الناس من الأمراض الفتاكة مثل الإيبولا.

تعد الخفافيش مضيفًا طبيعيًا لأكثر من 100 فيروس ، بعضها قاتل للبشر ، بما في ذلك متلازمة الشرق الأوسط التنفسية (MERS) وإيبولا وفيروس هندرا ، ومع ذلك ، من المثير للاهتمام أن الخفافيش لا تمرض أو تظهر عليها علامات المرض من هذه الفيروسات.

نشرت اليوم في المجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS) ، يفحص هذا البحث الجديد الجينات والجهاز المناعي للثعلب الطائر الأسود الأسترالي ، مع نتائج مفاجئة.

"عندما يواجه أجسامنا كائنًا غريبًا ، مثل البكتيريا أو الفيروسات ، يتم تحريك مجموعة معقدة من الاستجابات المناعية ، وإحدى هذه الآليات هي آلية الدفاع المعروفة باسم المناعة الفطرية ،" قال بيكر.

"لقد ركزنا على المناعة الفطرية للخفافيش ، ولا سيما دور الإنترفيرون - التي تعد جزءًا لا يتجزأ من الاستجابات المناعية الفطرية في الثدييات - لفهم ما يميز كيفية استجابة الخفافيش للفيروسات الغازية.

"ومن المثير للاهتمام أننا أظهرنا أن الخفافيش تحتوي فقط على ثلاثة إنترفيرون وهو ما يمثل جزءًا بسيطًا - حوالي الربع - من عدد الإنترفيرون الذي نجده في البشر.

"هذا أمر مثير للدهشة نظرًا لأن الخفافيش تتمتع بهذه القدرة الفريدة على التحكم في العدوى الفيروسية المميتة للإنسان ومع ذلك يمكنها القيام بذلك بعدد أقل من الإنترفيرون".

قارن الفريق أيضًا بين نوعين من الإنترفيرون - ألفا وبيتا.

أظهر البحث أن الخفافيش تُظهر استجابة مناعية فطرية متزايدة حتى عندما لا تكون مصابة بأي فيروس يمكن اكتشافه.

وقال الدكتور بيكر: "على عكس البشر والفئران ، الذين ينشطون أجهزتهم المناعية فقط استجابة للعدوى ، فإن الخفافيش interferon-alpha تعمل باستمرار كخط دفاعي على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع ضد الأمراض".

"في الأنواع الأخرى من الثدييات ، يكون تشغيل الاستجابة المناعية باستمرار أمرًا خطيرًا - على سبيل المثال ، يكون سامًا للأنسجة والخلايا - بينما يعمل الجهاز المناعي للخفافيش في وئام."

في حين أننا على دراية بالدور المهم الذي تلعبه الخفافيش في النظام البيئي كملقحات ومكافحة الحشرات ، فإنها تظهر أيضًا بشكل متزايد قيمتها في المساعدة المحتملة في حماية الناس من الأمراض المعدية.

قال الدكتور بيكر: "إذا تمكنا من إعادة توجيه الاستجابات المناعية للأنواع الأخرى لتتصرف بطريقة مماثلة لتلك التي لدى الخفافيش ، فإن معدل الوفيات المرتفع المرتبط بأمراض ، مثل الإيبولا ، قد يكون شيئًا من الماضي".

يعتمد هذا العمل على الأبحاث السابقة التي أجراها CSIRO وشركاؤها لفهم مناعة الخفافيش بشكل أفضل للمساعدة في حماية أستراليا وشعبها من الأمراض المعدية الغريبة والناشئة.

بقيادة CSIRO ، تضمنت هذه الجهود البحثية الدولية خبرة من CSIRO ، وكلية الطب Duke-NUS ومعهد Burnet.


غالبًا ما تتعرض الخفافيش للأمراض المعدية ، ولكنها نادرًا ما تعاني منها

ينشأ خفاش الدرواس من أمريكا الوسطى والجنوبية. تمتلك الحيوانات جهاز مناعة فعال يحميها من الالتهابات. الائتمان: MPI f. علم الطيور

يعمل الجهاز المناعي للخفاش بطريقة مختلفة اختلافًا جذريًا عن تلك الموجودة في الثدييات الأخرى. كان هذا هو الاستنتاج الذي توصل إليه علماء من معهد ماكس بلانك لعلم الطيور في دراسة عن خفافيش الدرواس. يمكن أن يكون البحث مهمًا أيضًا في مكافحة الأمراض الفيروسية التي يمكن أن تنتقل من الحيوانات مثل الخفافيش إلى البشر.

في حين أن الخفافيش مؤهلة لتكون ناقلات ومضيفة مستودعات لمجموعة كاملة من الأمراض المعدية ، فقد تم إجراء القليل جدًا من الأبحاث على نظامها المناعي حتى الآن. يحاول باحثون من معهد ماكس بلانك لعلم الطيور في رادولفزيل وجامعة كونستانز ومعهد سميثسونيان لأبحاث المناطق المدارية في بنما الآن سد هذه الفجوة. تظهر النتائج التي توصلوا إليها أن الجهاز المناعي للخفافيش قد يعمل بطريقة تختلف اختلافًا جوهريًا عن تلك الخاصة بالثدييات الأخرى. يمكن للدفاع المناعي للحيوانات أن يوفر أدلة على كيفية تجنب بعض الأمراض المعدية.

العديد من أنواع الخفافيش المعروفة البالغ عددها 1300 تحتوي على أجسام مضادة في دمائها للحماية من الأمراض المختلفة ولكن نادرًا ما تحتوي على مسببات الأمراض نفسها. يبدو أن الحيوانات قادرة على محاربة مسببات الأمراض دون أن تمرض نفسها. ولكن ما الذي يجعل جهاز المناعة لديهم مميزًا جدًا؟

درس العلماء الاستجابات المناعية لخفافيش الدرواس (Molossus molossus) في بنما. تتبع الحيوانات روتينًا يوميًا محددًا: خلال النهار تقلل من استهلاكها للطاقة في جثثها من أجل توفير الطاقة. خلال هذه الفترة ، تستريح الخفافيش بلا حراك وتنخفض درجة حرارة أجسامها. عند غروب الشمس فقط ، عندما تنطلق خفافيش الدرواس للصيد ، تنبض بالحياة. الآن ، ترتفع درجة حرارة أجسامهم إلى أكثر من 40 درجة مئوية حيث تحتاج عضلاتهم إلى العمل الجاد أثناء الرحلة.

ومع ذلك ، يمكن أن يكون لارتفاع درجة الحرارة أيضًا آثار جانبية: فقد تنشط الاستجابة المناعية ضد مسببات الأمراض كنوع من الحمى اليومية. على العكس من ذلك ، فإن التباطؤ اليومي في معدل الأيض يمكن أن يمنع أيضًا تكاثر مسببات الأمراض الموجودة في الجسم.

لاختبار هذه الفرضية ، قام الباحثون بإعطاء الخفافيش عديد السكاريد الدهني (LPS) - وهو مركب غير ضار في حد ذاته ، مكون من مكونات الدهون والسكر. نظرًا لأن LPS موجود أيضًا على الغشاء الخارجي للعديد من مسببات الأمراض ، فإن الجهاز المناعي للخفافيش يفترض هجومًا بكتيريًا ويتحول إلى وضع الدفاع.

كما أوضح العلماء ، بقيت التقلبات اليومية في درجات الحرارة دون تغيير حتى بعد إعطاء LPS. وبالتالي فإن المادة لا تسبب حمى في الخفافيش كما تفعل في الثدييات الأخرى. علاوة على ذلك ، فإن عدد خلايا الدم البيضاء في الدم - وهو مؤشر لقوة الدفاع المناعي - لم يزد. ومع ذلك ، فقد الخفافيش كمية كبيرة من الكتلة في غضون 24 ساعة - وهي علامة للباحثين على أن الحيوانات تحشد احتياطيات الطاقة للدفاع المناعي.

يوضح تيج أومارا ، المؤلف الرئيسي للدراسة: "تحدث خسارة الكتلة هذه أيضًا في أنواع أخرى من الخفافيش". "هذا مؤشر على أن نظام المناعة لديهم في وضع التشغيل." حتى الآن ، ومع ذلك ، لا أحد يستطيع تحديد العمليات الخلوية التي تحدث بالضبط. تقول دينا ديشمان من معهد ماكس بلانك لعلم الطيور: "لا يتصرف الجهاز المناعي لدى الخفافيش بنفس الطريقة التي يتصرف بها الثدييات الأخرى". "نحن بحاجة إلى فهم ما يجعله مميزًا للغاية. يمكن أن يساعدنا في معرفة الكثير عن الأمراض التي تشكل خطورة على البشر."

وبالتالي ، فمن المتصور أن الخفافيش يمكن أن تُلام ظلمًا على الإيبولا. في دراسة استقصائية ، يقوم علماء من معهد روبرت كوخ ومعهد ماكس بلانك بتحليل منهجي للمستوى الحالي للمعرفة حول أصل فيروس الإيبولا. وفقًا للباحثين ، لا يمكن أن تكون خفافيش الفاكهة الخزان الرئيسي أو المستودع الوحيد. فيروس الإيبولا نفسه لم يتوطد بعد في الخفافيش.

تستند سلسلة الأدلة حتى الآن إلى الأجسام المضادة ضد الإيبولا ، والتي تم اكتشافها في دم خفافيش الفاكهة. لذلك ، قد تكون الحيوانات على اتصال متكرر بالفيروس ولكنها في وضع يمكنها من مكافحته. يمكن أن تنشأ حالة مماثلة مع الأمراض المعدية الأخرى التي يمكن أن تنتقل من الحيوانات إلى البشر ، مثل داء الكلب. في هذه الحالة أيضًا ، يمكن لنظام المناعة الفعال حماية الخفافيش من الإصابة بالمرض. يقول أومارا: "إذا استطعنا فهم كيفية تعامل الحيوانات مع الأمراض ، فيمكننا استخدام هذه المعرفة لتطوير لقاحات وأدوية جديدة".


لماذا تعتبر الخفافيش مضيفًا جيدًا للإيبولا والأمراض الفتاكة الأخرى

لإعادة مراجعة هذه المقالة ، قم بزيارة ملفي الشخصي ، ثم اعرض القصص المحفوظة.

خفاش الفاكهة بلون القش (إيدولون هيلفوم). ستيف جيتيل / جيتي

لإعادة مراجعة هذه المقالة ، قم بزيارة ملفي الشخصي ، ثم اعرض القصص المحفوظة.

تجد بعض الفيروسات الأكثر رعبًا وفتكًا على كوكب الأرض ملاذًا طبيعيًا داخل الخفافيش ، بما في ذلك الإيبولا وداء الكلب وماربورغ وفيروس السارس التاجي. تم تتبع العديد من الأوبئة البارزة للخفافيش ، ويكتشف العلماء فيروسات جديدة تنقلها الخفافيش طوال الوقت.

تبدو الحيوانات ماهرة بشكل خاص في إيواء ونشر الأمراض. يحاول العلماء فهم سبب اكتشاف بعض الخيوط الواعدة في جينومات الخفافيش ، لكن البعض الآخر يجادل بأن سمعة الخفافيش السيئة لأن الناقلات الفيروسية غير مبررة.

”هل الخفافيش مميزة؟ ما زلت أقول إنه من السابق لأوانه الإجابة "، كما تقول لينفا وانغ ، التي تقود المجموعات البحثية في مختبر صحة الحيوان الأسترالي التابع لـ CSIRO وكلية الطب Duke-NUS للدراسات العليا في سنغافورة. لقد أمضى العقدين الماضيين في دراسة الفيروسات التي تنقلها الخفافيش والبحث عن الخصائص التي قد تجعل الحيوانات مثل مضيفات فيروسية كبيرة.

يقول: "السؤال مهم جدًا ولا يمكننا تجاهله بعد الآن".

تُعرف الخفافيش والأنواع الأخرى التي تؤوي الفيروسات بشكل مزمن ، مثل الجرذان أو الفئران ، باسم مستودعات الأمراض. في معظم الأحيان ، تظل هذه الخزانات سليمة ، ونادرًا ما تظهر على الحيوانات المصابة أعراض المرض. لكنها في بعض الأحيان تتسرب ، مما يسمح للفيروس بإصابة أنواع جديدة أكثر عرضة للخطر. يكاد يكون من المؤكد أن هذا ما حدث مع تفشي فيروس إيبولا المستمر في غرب إفريقيا ، والذي بدأ في شهر ديسمبر وأصاب منذ ذلك الحين 8900 شخص على الأقل وقتل أكثر من 4400 شخص. يشتبه العلماء في أن الخفافيش هي المسؤولة عن هذا الوباء الذي اجتاح غينيا وسيراليون وليبيريا.

حسب الروايات المتناقلة ، يبدو أن الخفافيش تحمل عددًا كبيرًا بشكل غير متناسب من الفيروسات المخيفة. لكن ما إذا كان هذا صحيحًا بالفعل يظل سؤالًا مفتوحًا.

ينقسم العلماء أساسًا إلى معسكرين بشأن هذه المسألة. تقول إحدى المدارس الفكرية إن الأوبئة المرتبطة بالخفافيش هي مجرد لعبة أرقام ، والفكرة هي أن هناك العديد من الأنواع والعديد من الأفراد لدرجة أن ظهور الأمراض التي تنقلها الخفافيش ليس مفاجئًا. يشير الآخر إلى أن الخفافيش خاصة حقًا ، وأن هناك شيئًا ما في علم وظائف الأعضاء أو أسلوب حياتها يجعلها مستودعات فيروسية جيدة بشكل استثنائي.

لم يتم تحديد هذا الشيء بعد ، لكن وانج وزملائه أمضوا جزءًا كبيرًا من الوقت في محاولة حلها. بدأوا بالبحث في جينومات الخفافيش ، على أمل العثور على دليل في الجهاز المناعي للخفافيش ، مثل مجموعة من الجينات التي تمتلكها الخفافيش فقط.

في الأسبوع الماضي ، قتلت السلطات في إسبانيا كلبًا أصيب صاحبه بالإيبولا الرحيم بعد أن عالج مبشرًا كان في غرب إفريقيا. جادل الكثير بأن الاستجابة كانت متطرفة وغير مبررة ، مشيرين إلى نقص الأدلة التي يمكن للكلاب أن تنقل الإيبولا.

خلال تفشي المرض في الجابون 2001-2002 ، وجد الباحثون أن ما يقرب من 25 في المائة من الكلاب من القرى المصابة بفيروس إيبولا البشري أثبتت أنها إيجابية بالنسبة للأجسام المضادة للإيبولا. لكن اختبار الكلاب من القرى التي ليس بها إصابات بشرية جاءت إيجابية أيضًا. وكذلك فعل كلبان في فرنسا يفترض أنهما لم يصادفا أي شيء يحمل الفيروس. لم تظهر الأعراض على أي من الحيوانات أو ماتت ، لذلك يبقى السؤال مفتوحًا حول ما إذا كانت الكلاب يمكن أن تكون معدية.

يعد تتبع الطرق من الخزان إلى البشر أمرًا صعبًا. حتى الآن ، لا يعرف العلماء جميع المسارات التي يمكن أن يسلكها الإيبولا من الخفافيش إلى البشر. أحد طرق الانتقال المعروفة هو أكل حيوان مصاب. غالبًا ما يتم استهلاك الخفافيش والقرود وغيرها من الحيوانات البرية في أجزاء من غرب إفريقيا. الآن ، يتم تحذير الناس من مخاطر تناول لحوم الطرائد.

المسارات الأخرى أقل وضوحًا. يمكن أن يؤدي اللعاب أو البول أو البراز الناتج عن خفافيش الفاكهة المصابة إلى تلوث الفاكهة التي قد يأكلها الإنسان أو مضيف وسيط. يمكن أن يكون هذا هو الحال مع فيروسات Nipah و Hendra. في بنغلاديش ، يبدو أن فيروس نيباه ينتقل مباشرة من الخفافيش إلى البشر عبر عصارة نخيل التمر. في جنوب شرق آسيا ، تصيب نيباه الخنازير أولاً ، ثم تصيب البشر. في أستراليا ، يبدو أن هندرا تستخدم الخيول كنوع وسيط. وقد أصاب الإيبولا الرئيسيات التي يأكلها الناس بعد ذلك.

بدلاً من ذلك ، اكتشف الفريق اختلافًا أكثر دقة: على الرغم من أن جينومات الخفافيش تحتوي على العديد من نفس المكونات مثل الثدييات الأخرى ، إلا أن الخفافيش تستخدمها بشكل مختلف. على وجه الخصوص ، فإن جينات الخفافيش التي ترمز للبروتينات التي تكتشف وتصلح الحمض النووي التالف هي أكثر انتشارًا مما كان متوقعًا. وببساطة أكثر ، يُعتقد أن هذه الجينات تفعل شيئًا يساعد الخفافيش على البقاء والتكاثر ، بحيث تنتقل تلك الجينات إلى الأجيال اللاحقة.

ذكرت هذه النتائج في المجلة علم في ديسمبر 2012 ، تتوافق مع الملاحظة السابقة بأن جينات إصلاح تلف الحمض النووي هي أهداف متكررة لغزو الفيروسات ، والتي يمكن أن تكون هي ما يطبق الضغط التطوري. تتشابك النتائج أيضًا مع الملاحظة القصصية القائلة بأن الخفافيش نادرًا (إذا حدث ذلك) تطور الأورام - ربما لأن جينات الإصلاح يمكن أن تفوق أي نمو خبيث.

منذ ذلك الحين ، قطع وانج وزملاؤه خطوة أبعد من ذلك. تشير النتائج الأحدث التي لم تُنشر بعد إلى أنه على عكس البشر أو الفئران ، حيث يتم تنشيط الدفاعات مثل الجينات المضادة للورم والجينات المضادة للفيروسات فقط استجابة للتهديد ، يبدو أن هذه الجينات في الخفافيش تعمل بشكل دائم. يحافظ هذا النشاط على مستويات أي فيروسات مختبئة تحت الدرجة التي يمكن أن تسبب الضرر عندها. بعبارة أخرى ، تآمر التطور لتحويل آليات مراقبة الخفافيش إلى 11.

بالنسبة للسبب ، يقترح وانج وجود ارتباط مع الطيران ، مما يزيد من معدل التمثيل الغذائي للخفافيش إلى مستوى أعلى بعدة مرات مما كان عليه عندما يكون في حالة راحة. يولد هذا الإنتاج المستمر للطاقة إجهادًا يمكن أن يتلف الخلايا والحمض النووي إذا لم يتم اكتشافه وإصلاحه بسرعة.

لذلك ربما في البداية ، تم تحويل بروتينات إصلاح الضرر هذه لمكافحة الضرر الذي تسببه الخفافيش بما تفعله الخفافيش ، والتي تطير حولها كل ليلة. إذا كان هذا صحيحًا ، فقد تأتي القدرة على حمل فيروسات قاتلة في المرتبة الثانية ، كنوع من الحوادث ذات التطور المشترك ، كما يقول وانج.

تشير فرضية أخرى ، تم الإبلاغ عنها في * الأمراض المعدية الناشئة * في مايو ، إلى أن طيران الخفافيش قد يولد حرارة كافية لتقليد الحمى. كجزء من الاستجابة المناعية الطبيعية للعديد من الحيوانات ، تساعد الحمى في مكافحة العدوى عن طريق رفع درجة حرارة الجسم إلى مستويات تقتل أو تعطل مسببات الأمراض الغازية. تقترح الفرضية أنه من خلال رفع درجات الحرارة ، قد يؤدي الطيران عن غير قصد إلى إعادة الحمل الفيروسي للخفافيش كل ليلة.

على الرغم من عدم إجراء تجارب لاختبار الفكرة ، إلا أن بعض العلماء يقولون إنه من المعقول أن أحد الأسباب التي تجعل الفيروسات التي تنقلها الخفافيش مميتة للغاية عندما تنتقل إلى البشر أو الحيوانات الأخرى هو أنها تطورت لتحمل الجهاز المناعي النشط للخفاش بشكل خاص.

تقول أنجيلا لويس ، عالمة بيئة الأمراض بجامعة مونتانا ، ومؤلفة دراسة تحليق الحمى: "ليس لدينا هذا النوع من الجهاز المناعي". بمجرد التحرر من اليقظة المفرطة لدى الخفاش ، وتشغيل الدفاعات بشكل دائم ، قد لا تواجه هذه الفيروسات مشكلة في التغلب على أجهزة المناعة الأكثر ضعفًا.

وانج ليس مستعدًا بعد لاستنتاج أن الخفافيش مضيفة فيروسية جيدة بشكل خاص ، لكنها تعتقد أن المجال العلمي يقترب من قبول هذا الاحتمال.

الاحتمال الآخر هو أن ما يحدث هو ببساطة مزيج من الأرقام والفرص ، وأن التداعيات التي تنقلها الخفافيش ليست أكثر من إحصائيات في العمل.

مع أكثر من 1200 نوع معروف ، تشكل الخفافيش أكثر من 20 في المائة من أنواع الثدييات على الأرض. وبين الثدييات ، لا يفوقها سوى القوارض (خلافًا للاعتقاد الشائع ، الخفافيش ليست قوارض). ولكن في العديد من المناطق ، تكون الخفافيش أكثر عددًا من القوارض ، حيث يعيش ملايين الأفراد أحيانًا في مستعمرة واحدة.

قد يكون التصور بأن الخفافيش خاصة إلى حد ما ملونًا من خلال تفشي المرض بشكل كبير وكمية غير متناسبة من العمل الذي يركز على الخفافيش كأوعية فيروسية. قال كيفين أوليفال ، عالم بيئة الأمراض في شركة EcoHealth Alliance: "النبوءة التي تتحقق من تلقاء نفسها ، والتي سأحذر منها ، هي أنه كلما حفرنا أكثر ، سنجد المزيد من الفيروسات".

ثعلب طائر هندي (Pteropus giganteus) يأكل الفاكهة على الشاطئ في سري لانكا.

في دراسة أجريت عام 2013 ، قام أوليفال وزملاؤه بفحص فيروم خفاش عملاق يسمى الثعلب الطائر الهندي (Pteropus giganteus). في هذا النوع ، اكتشفوا 55 فيروسا ، 50 منهم غير معروفين من قبل. هذا هو إجمالي عدد فيروسات الخفافيش التي تم تحديدها في دراسة عام 2006 التي راجعت جميع الأبحاث ذات الصلة التي أجريت في ذلك الوقت. لكن في السنوات الثماني الفاصلة ، تضاعف هذا الرقم أو تضاعف ثلاث مرات أو أكثر ، اعتمادًا على المعايير المستخدمة لتحديد "الفيروس المعروف".

لكن أوليفال يجادل بأن هذا الاتجاه ليس فريدًا بالنسبة للخفافيش. قال: "إذا نظرت إلى الطيف الواسع لما نعرفه عن تنوع فيروسات الثدييات ، فكلها لديها مجموعات متنوعة جدًا من الفيروسات". "المجموعات التي ليست هي تلك التي لم ننظر إليها بشكل كافٍ."

السؤال إذن لماذا نستمر في سماع الأوبئة التي تنقلها الخفافيش؟

"أعتقد أن الشيء المهم هو البيئة ، والتفكير في المكان الذي تعيش فيه هذه الحيوانات ، وكيف يتعامل البشر معها ،" يقول أوليفال. يقترح أن ما هو مهم حقًا هو الطريقة التي يتفاعل بها البشر مع الخفافيش - أو بالأحرى الطرق التي يتفاعل بها البشر مع موطن الخفافيش ويتعدون عليها.


هل يمكن لنظام مناعي خاص أن يساعد في حماية الخفافيش من الإيبولا؟

يعمل الجهاز المناعي للخفافيش بطريقة مختلفة اختلافًا جذريًا عن تلك الموجودة في الثدييات الأخرى. كان هذا هو الاستنتاج الذي توصل إليه علماء من معهد ماكس بلانك لعلم الطيور في دراسة عن خفافيش الدرواس. يمكن أن يكون البحث مهمًا أيضًا في مكافحة الأمراض الفيروسية التي يمكن أن تنتقل من الحيوانات مثل الخفافيش إلى البشر.

ينشأ خفاش الدرواس من أمريكا الوسطى والجنوبية. تمتلك الحيوانات جهاز مناعة فعال يحميها من الالتهابات.

في حين أن الخفافيش مؤهلة لتكون ناقلات ومضيفة مستودعات لمجموعة كاملة من الأمراض المعدية ، فقد تم إجراء القليل جدًا من الأبحاث على نظامها المناعي حتى الآن. يحاول باحثون من معهد ماكس بلانك لعلم الطيور في رادولفزيل وجامعة كونستانز ومعهد سميثسونيان لأبحاث المناطق المدارية في بنما الآن سد هذه الفجوة. تظهر النتائج التي توصلوا إليها أن الجهاز المناعي للخفافيش قد يعمل بطريقة تختلف اختلافًا جوهريًا عن تلك الخاصة بالثدييات الأخرى. يمكن للدفاع المناعي للحيوانات أن يوفر أدلة على كيفية تجنب بعض الأمراض المعدية.

العديد من 1300 نوع معروف من الخفافيش تحتوي على أجسام مضادة في دمائها للحماية من الأمراض المختلفة ولكن نادرًا ما تحتوي على مسببات الأمراض نفسها. يبدو أن الحيوانات قادرة على محاربة مسببات الأمراض دون أن تمرض نفسها. ولكن ما الذي يجعل جهاز المناعة لديهم مميزًا جدًا؟

درس العلماء الاستجابات المناعية لخفافيش بالاس و أبوس ماستيف (مولوسوس مولوسوس) في بنما. تتبع الحيوانات روتينًا يوميًا محددًا: خلال النهار تقلل من استهلاكها للطاقة في جثثها من أجل توفير الطاقة. خلال هذه الفترة ، تستريح الخفافيش بلا حراك وتنخفض درجة حرارة أجسامها. إنه & aposs فقط عند غروب الشمس ، عندما تنطلق خفافيش الدرواس للصيد ، فإنها تنبض بالحياة. الآن ، ترتفع درجة حرارة أجسامهم إلى أكثر من 40 درجة مئوية حيث تحتاج عضلاتهم إلى العمل الجاد أثناء الرحلة.

ومع ذلك ، يمكن أن يكون لارتفاع درجة الحرارة أيضًا آثار جانبية: فقد تنشط الاستجابة المناعية ضد مسببات الأمراض كنوع من الحمى اليومية. على العكس من ذلك ، فإن التباطؤ اليومي في معدل الأيض يمكن أن يمنع أيضًا تكاثر مسببات الأمراض الموجودة في الجسم.

لاختبار هذه الفرضية ، قام الباحثون بإعطاء الخفافيش عديد السكاريد الدهني (LPS) - وهو مركب غير ضار في حد ذاته ، مكون من مكونات الدهون والسكر. نظرًا لأن LPS موجود أيضًا على الغشاء الخارجي للعديد من مسببات الأمراض ، يفترض نظام المناعة الخفافيش والأبوس هجومًا بكتيريًا ويتحول إلى وضع الدفاع.

لكن كما أوضح العلماء ، ظلت تقلبات درجات الحرارة اليومية دون تغيير حتى بعد إعطاء LPS. وبالتالي فإن المادة لا تسبب حمى في الخفافيش كما تفعل في الثدييات الأخرى. علاوة على ذلك ، فإن عدد خلايا الدم البيضاء في الدم - وهو مؤشر لقوة الدفاع المناعي - لم يزد. ومع ذلك ، فقد الخفافيش كمية كبيرة من الكتلة في غضون 24 ساعة - وهي علامة للباحثين على أن الحيوانات تحشد احتياطيات الطاقة للدفاع المناعي.

يوضح تيج أومارا ، المؤلف الرئيسي للدراسة: "تحدث خسارة الكتلة هذه أيضًا في أنواع الخفافيش الأخرى". "هذا مؤشر على أن نظام المناعة لديهم في وضع التشغيل." حتى الآن ، ومع ذلك ، لا أحد يستطيع تحديد العمليات الخلوية التي تحدث بالضبط. تقول دينا ديشمان من معهد ماكس بلانك لعلم الطيور: "لا يتصرف الجهاز المناعي لدى الخفافيش بنفس الطريقة التي يتصرف بها الثدييات الأخرى". "نحن بحاجة إلى فهم ما يجعله مميزًا للغاية. يمكن أن يساعدنا في معرفة الكثير عن الأمراض التي تشكل خطورة على البشر ".

وبالتالي ، فمن المتصور أن الخفافيش يمكن أن تُلام ظلمًا على الإيبولا. في دراسة استقصائية ، يقوم علماء من معهد روبرت كوخ ومعهد ماكس بلانك بتحليل منهجي للمستوى الحالي للمعرفة حول أصل فيروس الإيبولا. وفقًا للباحثين ، لا يمكن أن تكون خفافيش الفاكهة المستودع الرئيسي أو المستودع الوحيد. فيروس الإيبولا نفسه لم يتوطد بعد في الخفافيش.

تستند سلسلة الأدلة حتى الآن إلى الأجسام المضادة ضد الإيبولا ، والتي تم اكتشافها في دم خفافيش الفاكهة. لذلك ، قد تكون الحيوانات على اتصال متكرر بالفيروس ولكنها في وضع يمكنها من مكافحته. يمكن أن تنشأ حالة مماثلة مع الأمراض المعدية الأخرى التي يمكن أن تنتقل من الحيوانات إلى البشر ، مثل داء الكلب. في هذه الحالة أيضًا ، يمكن لنظام المناعة الفعال حماية الخفافيش من الإصابة بالمرض. يقول O & aposMara: "إذا تمكنا من فهم كيفية تعامل الحيوانات مع الأمراض ، فيمكننا استخدام هذه المعرفة لتطوير لقاحات وأدوية جديدة".


الحد من الضرر

إذا كان هناك درس نتعلمه من الخفافيش حول تحمل العدوى الفيروسية ، فلا يجب أن نتعلم الطيران. لكن قد نكون قادرين على تعلم كيفية الحد من الضرر الناجم عن الالتهاب.

يقول ماندل: "يمكن اعتبار التسامح حقًا طريقة مختلفة للتعامل مع العامل الممرض". "إنها لا تزال استراتيجية مناعية إلى حد كبير. لكن الاستراتيجية لا تتمثل في محاولة إزالة العامل الممرض ، أو ربما ليس حتى تقليل التكاثر بشكل كبير ، ولكن فقط للحد من الأضرار الجانبية ".

يمكن أن ينتقل فيروس هندرا ، الذي تحمله الخفافيش الأسترالية المعروفة باسم الثعالب الطائرة ، إلى الخيول عن طريق ملامسة براز الخفافيش الملوث أو البول أو اللعاب الذي يمكن أن يصيب البشر. هنا ، تقوم طالبة الدكتوراه تاميكا لون بجمع مثل هذه العينات تحت مجثم الثعلب الطائر في أستراليا شبه الاستوائية بعد حدث Hendra غير المباشر للخيول.

قد تكون هناك أفكار يمكن جمعها من الحيوانات الأخرى التي تتحمل مسببات الأمراض المسببة للأمراض أيضًا. وجد ماندل أن قرود المنغابي السخامية ، التي تحمل قريبًا مقربًا من فيروس نقص المناعة البشرية يُدعى فيروس نقص المناعة البشرية ولكنها لا تصيبه ، لديها أيضًا استجابة مضادة للفيروسات.

ويقول توني شونتز ، عالم المناعة الفيروسية في جامعة ولاية كولورادو ، إن نفس الشيء يحدث في الفئران والجرذان والزبابة التي تستضيف فيروسات هانتا بسعادة. يقول: "لديهم هذه الاستجابة المناعية المضادة للالتهابات لما يعتبرهم فيروسًا غير ضار إلى حد ما". "عند الناس ، هناك هذه الاستجابة الالتهابية الهائلة التي تحدث ويعتقد أن هذا هو المساهم الرئيسي في المرض وموت البشر."

يضيف شونتز أن فهم هذه الاستجابات المناعية "الناجحة" يمكن أن يؤدي يومًا ما إلى استراتيجيات للتخفيف من حدة المرض لدى البشر. لنفترض ، على سبيل المثال ، أنك تعرف ما هي أجزاء ، أو أي جزيئات ، من الجهاز المناعي يجب تضييقها لتجنب الالتهاب عندما يصاب الفيروس بالعدوى. ثم "يمكنك تطوير علاج أو دواء يمكن أن يعطل هذا المسار لمنع حدوث الاستجابة الالتهابية" ، كما يقترح.

ومع ذلك ، فإن دراسة الخفافيش لها أهداف فورية - وعاجلة -. يقول عالم الأوبئة ديفيد هايمان من جامعة ماسي في نيوزيلندا ، والذي كتب نظرة عامة: "من المهم حقًا دراسة الخفافيش في الطبيعة ، لفهم مكان وجود الفيروسات حتى نتمكن من محاولة فهم سبب ظهورها من هؤلاء السكان وقتلهم" على الخفافيش والفيروسات في المراجعة السنوية لعلم الفيروسات.

نظرًا لتفشي المرض الذي تم ربطه بالخفافيش في السنوات الأخيرة - العديد من فيروسات كورونا وهندرا ونيبا وإيبولا وماربورغ وغيرها الكثير - يقول هو وباحثون آخرون في الأمراض المعدية إنه من الأهمية بمكان فهم احتمالية انتشار الأحداث في المستقبل. يستدعي السؤال تناوله من عدة زوايا.

على الرغم من أنه من المعروف أن العديد من الخفافيش تأوي العديد من الفيروسات ، إلا أن الدراسات التي تفحص ديناميكيات العدوى بمرور الوقت ، وأكثر من فيروس واحد في وقت واحد ، نادرة. في إحدى هذه الدراسات ، بحث الباحثون عن تسعة أنواع من الفيروسات المخاطانية في الخفافيش الأسترالية على مدى عدة أشهر عن طريق وضع أغطية بلاستيكية تحت المجاث وأخذ عينات من البول. تظهر البيانات من موقعين في كوينزلاند بهما جثامين مختلطة من الثعالب السوداء الطائرة والثعالب الطائرة ذات الرأس الرمادي. في حين أن متوسط ​​عدد الاكتشافات الفيروسية لكل عينة بول منخفض - إما أن الفيروسات لم تكن موجودة أو كانت عند مستويات منخفضة جدًا بحيث لا يمكن اكتشافها - كانت هناك فترات قصوى وجيزة تم فيها العثور على فيروسات متعددة. على سبيل المثال ، حدث مثل هذا الارتفاع في الشتاء الأسترالي لعام 2011 (صيف نصف الكرة الشمالي) خلال هذه الفترة ، تم اكتشاف ما يصل إلى ستة فيروسات فريدة لكل عينة (بمتوسط ​​1.8). تزامن هذا مع مجموعة كبيرة من الأحداث غير المباشرة من Hendra paramyxovirus للخيول ومع فترة من نقص الغذاء التي أرهقت الخفافيش.

من الواضح أن نوع الفيروس المعني مهم. يستخدم العديد من الأشخاص ذوي النتائج العالية التي قفزت من الخفافيش إلى البشر في السنوات الأخيرة الحمض النووي الريبي كمواد جينية. إن الآلية التي يستخدمها العديد من هذه الفيروسات لنسخ جينوماتها قذرة بشكل خاص ، مما يعني أن الأخطاء - الطفرات الجديدة - يمكن أن تتراكم بسرعة ، مما يزيد من احتمالات الاصطدام بالطفرات التي تسمح للفيروس بتبديل المضيف. (فيروسات كورونا ليست قذرة مثل البعض ، لكنها لا تزال تتراكم من خلال تبادل قطع الجينوم ذهابًا وإيابًا بشكل متكرر.)

من المهم أيضًا أنواع تفاعلات الخفافيش البشرية: ما هي أكثرها خطورة؟ يقول هايمان: "إذا فكرت في فيروسات كورونا ، فإنها توجد في الخفافيش في جميع أنحاء العالم". "إذن هناك طريقة أخرى للنظر إلى هذا وهي: لماذا لا تتسبب كل هذه العدوى في تفشي المرض؟"

تشير الأبحاث الحديثة إلى أن التوتر مهم - فقد يكون مؤشرًا رئيسيًا على أن الخفافيش تتخلص من الكثير من الفيروسات. قضى Plowright سنوات في أسر الخفافيش في شباك عملاقة وأخذ عينات من الدم والبول والبراز ، ووجد أن العدوى الفيروسية في الخفافيش ليست ثابتة عبر الزمان والمكان. في الواقع ، في معظم الأوقات ، لا يمكن اكتشاف الفيروسات على الإطلاق.

تقول: "سننظر مرارًا وتكرارًا ، مرارًا وتكرارًا ، ولن نجد أي شيء". "وبعد ذلك سنعود الشهر المقبل ونعاين مرة أخرى ، وقد نجد نسبة كبيرة من الخفافيش مصابة بالفعل بالفيروس."

قد تستمر هذه العدوى الواضحة شهرين ، ثم تختفي. في الثعالب الطائرة في أستراليا ، تحدث فترات الذروة للعدوى - والتي تتزامن مع أحداث انتشار فيروس هندرا - خلال موسم الولادة. قد تؤدي أنواع الإجهاد الأخرى ، مثل نقص الغذاء أو فقدان الموائل ، أيضًا إلى فترات تساقط الفيروس. وجد هايمان وزملاؤه أن التغييرات في استخدام الأراضي في غرب إفريقيا - مما أدى إلى تجزئة الغابات التي تعيش فيها الخفافيش - تتزامن مع تفشي فيروس إيبولا.

بغض النظر عن الإجهاد ، فإن زيادة الاتصال بحد ذاته يمثل مشكلة. يقول هايمان: "الحقيقة البسيطة المتمثلة في زيادة عدد الأشخاص ، والمزيد من تدمير الموائل ، تعني المزيد من الاتصالات المحتملة ، والتي قد تؤدي ببساطة إلى زيادة فرص الإصابة بالعدوى".

يؤكد الخبراء أن محاولة القضاء على مثل هذه المواجهات عن طريق القضاء على الخفافيش ليست هي الحل. يقول بلورايت: "سيكون ذلك كارثة". "إنهم يقدمون خدمات بيئية ضخمة." تعتبر الخفافيش ملقحات أساسية لمئات النباتات بما في ذلك العديد من النباتات الهامة من الناحية الزراعية. فهي تساعد في نثر البذور ، والعديد منهم أكلة شرهة للحشرات - البعوض وآفات المحاصيل بشكل مهم بينهم. كما أن القضاء على الخفافيش يمكن أن يأتي بنتائج عكسية مع عواقب مميتة: فقد أدى قتل خفافيش الفاكهة المصرية في منجم في أوغندا إلى تدفق خفافيش جديدة وتفشي فيروس ماربورغ ، كما يعتقد العلماء.

دراسة الخفافيش - ومعظمها ليلي ويمكن أن تطير لمسافات طويلة - صعبة بما فيه الكفاية. ولكن هناك أيضًا نقص في الأدوات التجريبية الأساسية للعمل على علاقات فيروس الخفافيش ، نظرًا لأن معدات وبروتوكولات المختبرات مصممة عادةً مع وضع القوارض والأنسجة البشرية في الاعتبار. بينما شهدت السنوات الأخيرة تقدمًا ، لا تزال قائمة رغبات مجموعة الأدوات طويلة. إن إنشاء خطوط خلايا خفافيش مستقرة وتكاثرية قد تم تحقيقه فقط لعدد قليل من أنواع الخفافيش وغالبًا لأنواع قليلة من الخلايا ، مثل الكلى أو الرئة. يفتقر الباحثون أيضًا إلى العديد من الكواشف المختبرية المصممة خصيصًا للخفافيش ، مثل تلك التي يمكن استخدامها لدراسة الأجسام المضادة للحيوانات. يمكن أن يساعد نمو الفيروسات داخل خلايا الخفافيش المعدلة وراثيًا في تتبع مسار العدوى في الخفافيش الحية. يمكن أن يساعد أيضًا في تطوير اللقاحات والاختبارات التشخيصية.

يعلم العلماء أنهم بدأوا للتو في تحليل العلاقة بين الخفافيش ومجموعة الفيروسات التي تأويها ، بالإضافة إلى أسباب وأسباب عمليات الانتقال الفيروسي الكارثية العرضية إلى جنسنا البشري. Other features of bats, such as the close-quarter colony living of many species and the extremely low body temperatures of hibernation, also may play key roles in bat-virus dynamics.

There is much work to do, much of it difficult. Even straightforward experiments can be tricky because lab protocols and reagents have been tailored for human tissues and mice, not chiropterans. With the Covid-19 pandemic roiling on, scientists have expressed dismay and astonishment at the recent termination of funding for bat and coronavirus research by the National Institutes of Health. But they are pushing ahead with their work.

Banerjee, for his part, finds himself yet again suited up hazmat-style and scrupulously swapping out shoes at day’s end. He spends his hours nurturing petri dishes of bat kidney cells and growing up flask gardens of virus, then combining the two for infection experiments, a version of nature’s bat-virus détente writ small.

For the time being, he’s focused on SARS-CoV-2, but still as a bat guy, now as a postdoc at McMaster University in Ontario. “I thought grad school was busy,” he says. “But this is insanely busy.”

Rachel Ehrenberg is the associate editor of Knowable Magazine.


Lurking in the Shadows

Bob Grant
Dec 1, 2014

© INGO SCHULZ/IMAGEBROKER/CORBIS

I n a dusty, subterranean room beneath a crumbling sand building a few miles north of Naqi, Saudi Arabia, EcoHealth Alliance veterinary epidemiologist Jon Epstein finally found what he was looking for: bats. It was early October 2012 he&rsquod travelled to the country with a team of scientists at the request of the Saudi Ministry of Health. A researcher in Jedda had isolated RNA from a strange virus found in the mucus coughed up by a 60-year-old Saudi businessman who&rsquod recently suffered acute pneumonia and renal failure. The man, whose main place of business was located in Naqi, died 11 days after being admitted into the hospital in mid-June.

Epstein and Columbia University epidemiologist Ian Lipkin had been scouring the man&rsquos homes and businesses around the desert town of Bishah in search of the source of the deadly virus. They were intent on sampling bats because a.

So when Epstein and Lipkin were summoned to Saudi Arabia to hunt down the new coronavirus, which would become known as the Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV), the obvious place to look for the emerging threat was in bats. “Our main goal was to meet with [the] ministry of health, go out to the homes of the patient, and see if he had contact with animals,” says Epstein. “Those are moments when there’s an urgency to understand where diseases are coming from.”

In the forgotten basement of the sand building, the researchers found a colony of 400 to 500 lesser mouse-tailed bats (Rhinopoma hardwickii). “That was our first breakthrough moment,” Epstein recalls. The researchers captured about 60 bats, took blood and urine samples, fecal pellets, and throat swabs, then released the animals unharmed.

I’m confident that MERS does originate in bats. It really appears that this family of viruses has bats as their natural reservoir. —Jon Epstein, EcoHealth Alliance

Buoyed by their discovery of roosting bats in the area, the researchers turned their sights on Bishah, where they found more bat colonies in the town’s abandoned buildings. They returned in April 2013 to collect more evidence, and after catching and working up more than a thousand bats from seven different species, they found a viral RNA fragment in a fecal sample from an Egyptian tomb bat (Taphozous perforatus) that matched the MERS-CoV sequence isolated from the man who had died of the disease months earlier. 2 Although the bat sample yielded only a short stretch of RNA, and scientists are still seeking confirmation with a longer sequence, Epstein says that the initial discovery was important in establishing bats’ role in the MERS epidemic. “I consider this a really strong clue,” he says. “I’m confident that [MERS] does originate in bats. It really appears that this family of viruses has bats as their natural reservoir.” It is not yet clear if bats are directly transmitting MERS to humans or if they play some more nuanced role in the cycle of infection—for example, through interactions with camels, which are also suspected to carry the MERS virus—but Epstein and others are gathering evidence to resolve the picture.

Healthy cauldrons of disease

Mexican free-tailed bats (Tadarida brasiliensis) © POELKING, F./CORBIS MERS, with a fatality rate of around 65 percent, is only one of the deadly diseases that bats have been blamed for transmitting to humans. Researchers have confirmed that the Marburg virus, which causes the particularly gruesome Marburg hemorrhagic fever that killed about 125 people in the Democratic Republic of Congo between 1998 and 2000, resides in the widely distributed African fruit bat (Rousettus aegyptiacus), which likely spread the disease to miners working in the country. 3,4 Ebola, which has infected more than 10,000 and killed nearly 5,000 people during the current outbreak in West Africa, may also have its roots in bats. Amazingly, in most cases, the bats themselves don’t seem to get sick from Ebola, which kills from 25 percent to 90 percent of its human victims, depending on viral strain and treatment availability.

Lesser mouse-tailed bat (Rhinopoma hardwickii) © B.G. THOMSON/SCIENCE SOURCE So, while epidemiologists and health-care workers scramble to help communities being ravaged by emerging disease in the Middle East and Africa, researchers around the world are studying bats’ unique ability to harbor viruses—especially zoonotic viruses that readily cross species boundaries to infect other animals, including humans. Some attribute the high viral diversity associated with bats to the animals’ unique behavior and ecology. And at least one scientist holds that the secret to bats’ virus-hosting capacity lies deep within their cellular machinery.

Recently, Epstein and collaborators, working in Bangladesh, uncovered dozens of viruses that were previously unknown to science circulating in Indian flying foxes (Pteropus giganteus), a bat species known to carry the deadly zoonotic Nipah virus, a member of the paramyxovirus family. 5 And Colleen Webb, an evolutionary ecologist at Colorado State University, determined with collaborators that bats harbor more zoonotic viruses per species than rodents, which carry nasty bugs such as hantavirus and lymphocytic choriomeningitis virus. ' “That’s really the first paper that provides some quantitative evidence that bats are special,” Webb says.

Even to the casual observer, bats are distinctive animals. They are the only mammals that are capable of sustained flight some species possess bizarre facial features to aid in the echolocation they use for hunting and navigation and they often live in massive colonies comprising hundreds of thousands of individuals.

A closer look at bat biology and ecology reveals other traits that set the animals apart. To fuel their daily flight and long migrations, bats have extremely high metabolic rates, which make their bodies frequently mimic a fever-like state. And bats have remarkably long life spans for their body size, giving them plenty of time to be exposed to environmental pathogens. They also roost in large groups that often contain multiple species in tight quarters, setting the stage for pathogen transmission to occur readily and often. “We know that there are these ecological traits that they have that make them theoretically very good at being pathogen reservoirs and spreading diseases,” says Clif McKee, a Colorado State University grad student who studies bacterial pathogens harbored by bats.

Bats’ long evolutionary history may also be at play. Having evolved sometime between 100 million and 66 million years ago, when fearsome dinosaurs ruled the land and pterosaurs patrolled the skies, bats have been battling viral infection and transmission for millennia. “What we’re finding is that bats have had a relatively long-term association with these viruses,” says Epstein. “They come to an understanding over time.” In other words, viruses may have become less threatening but ever-present and easily transmissible commensals of bats.

There’s still a staggering amount of things that we don’t know about bats. —Paul Cryan, US Geological Survey

Answering questions about bat-virus interactions is challenging because bats are extremely difficult research subjects. (See “Experiments on the Wing,” here.) The flying mammals are notoriously hard to keep in captivity, and scientists know surprisingly little about their biology. “Bats are mysterious, and it’s an extremely diverse group of wild animals,” says Paul Cryan, a US Geological Survey bat ecologist who has collaborated with Webb on several bat studies. “There’s still a staggering amount of things that we don’t know about bats.” Given that these animals carry pathogens that have collectively killed thousands of people, that’s a scary thought.

“It wasn’t until very recently that a lot of the interest in viral disease in bats sprung up,” adds Cryan. “The floodgates are now open.”

Learning to fly

Indian flying foxes (Pteropus giganteus) © FLETCHER & BAYLIS/SCIENCE SOURCE The most obvious distinction between bats and other mammals—flight—may hold clues to why bats are so adept at ferrying dangerous pathogens. Evolving the ability to propel their bodies through the air, it seems, has had a strong impact on bat physiology and immunity.

“Flight is very much like fever,” says Tom O’Shea, a US Geological Survey bat biologist in Fort Collins, Colorado. The body temperature of a bat is consistently above normal, which “creates a very different environment in the whole body of a bat compared to any other animal.” From the perspective of viruses, this persistent fever state keeps replication at a lower level than occurs in susceptible animals the virus never overruns the bat’s immune system.

Researchers have also turned up evidence that bats may have less-reactive innate immunity than other mammals. Lin-fa Wang of the Duke–National University of Singapore Graduate Medical School and his collaborators recently sequenced the genomes of two distantly related bats—a fruit bat called the black flying fox (Pteropus alecto) and the insectivorous mouse-eared bat (Myotis davidii)—and found positively selected genes in DNA damage-repair pathways in both species. 7 Wang says that this adaptation was likely spurred, in part, by the energetic and metabolic demands of flight, which can cause DNA damage through the release of reactive oxygen, nitrogen, and carbonyl species. Bats also live 3 to 10 times longer than other mammals of a similar size, giving their genes more time to accumulate mutations. “We believe that [bats] are better at DNA repair because that’s required for their ability to live longer and to fly without too much DNA damage,” Wang says. “Flight drove that evolution.”

Chinese horseshoe bat (رينولوفوس سينيكوس) © MERLIN D. TUTTLE/SCIENCE SOURCE In the past decade, scientists have uncovered how such changes in their DNA repair pathways can, in turn, affect bats’ innate immune response, possibly allowing the animals to survive with viruses and other resident pathogens. 8 In the two bat species’ genomes, Wang and his team also found positively selected genes in the nuclear factor κB (NF-κB) pathway, which plays roles in transcriptional control, cellular stress responses, and immunity. And the evolutionary timing of these changes, traced using molecular-clock calculations, is telling, says O’Shea. “The genetic adaptations in the innate immune system of bats seem to have changed at about the same time that bats evolved flight.”

Murky territory

Colorized transmission electron micrograph of the Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) © SCIENCE SOURCE There are some researchers who are not yet convinced that bats are special with regard to their relationships with zoonotic viruses and other pathogens. “I think the jury is still out on that,” says Peter Daszak, a disease ecologist and president of EcoHealth Alliance, a nonprofit research consortium and conservation group that aims to protect wildlife while safeguarding humans from the emergence of zoonotic disease.

Daszak maintains that while science may show that bats have unique traits that increase their capacity to harbor pathogens, the real reason why bat viruses seem to be spilling over into human populations with increasing regularity is the relationship and proximity between bats and people. “It’s only now, when we’re really starting to encroach in tropical areas, that we’re really coming into contact with bats,” he says. “One possible scenario might be that bats are no more special at harboring viruses than are rodents, but we’ve already come into contact with all the rodent viruses.”

“When we hassle bats or encroach on their habitats, disease is more likely to spill over to us,” Cryan agrees. He adds that there is a danger in broadly painting bats as pathogen ferries on the wing. Despite all the bad press, bats do, after all, provide a multitude of ecosystem services, from pollination and seed dispersal to insect control and plant fertilizer (bats produce scads of nutrient-rich guano), and they constitute an important source of dietary protein in many cultures around the world. 9 Many bat researchers are mindful of the possibility that increased interest in the relationship between viruses and bats could translate into vigilantism against what might be perceived as dangerous animals.

“These are wild animals, and just because they might somehow deal with disease in a special way doesn’t mean they’re bad or evil,” says Cryan. “Bats seem to be able to live with viruses that we consider to be extremely lethal to humans. The advances to human medicine [from studying bats] could be huge, yet those will never happen if the knee-jerk reaction of ‘Kill them all’ manages to prevail.”

Correction (December 2): Jon Epstein's affiliation was incorrect in the original version of this story. It has been corrected to reflect the fact that he is a veterinary epidemiologist at EcoHealth Alliance. العالم نأسف للخطأ.

Clarification (December 4): The original version of this story may have given the impression that MERS is transmitted to humans by bats. In fact, the route that the virus has taken to infect humans is not yet clear to researchers, who have gathered substantial evidence that camels in the Middle East also harbor the pathogen that causes MERS. The story has been changed slightly in an attempt to convey this. العالم regrets any confusion on this point.

مراجع

  1. X.Y. Ge et al., “Isolation and characterization of a bat SARS-like coronavirus that uses the ACE2 receptor,” طبيعة سجية, 503:535-38, 2013.
  2. Z.A. Memish et al., “Middle East respiratory syndrome coronavirus in bats, Saudi Arabia,” Emerg Infect Dis, 19:1819-23, 2013.
  3. ج. Bausch et al., “Marburg hemorrhagic fever associated with multiple genetic lineages of virus,” N Engl J Med, 355:909-19, 2006.
  4. ج. Towner et al., “Isolation of genetically diverse Marburg viruses from Egyptian fruit bats,” PLOS Pathog, 5:e1000536, 2009.
  5. S.J. Anthony et al., “A strategy to estimate unknown viral diversity in mammals,” M Bio, 4:e00598-13, 2013.
  6. A.D. Luis et al., “A comparison of bats and rodents as reservoirs of zoonotic viruses: are bats special?” Proc Biol Sci, 280:20122753, 2013.
  7. G. Zhang et al., “Comparative analysis of bat genomes provides insight into the evolution of flight and immunity,” علم, 339:456-60, 2013.
  8. G. Chatzinikolaou et al., “DNA damage and innate immunity: links and trade-offs,” الاتجاهات في علم المناعة, 35:429-35, 2014.
  9. T.H. Kunz et al., “Ecosystem services provided by bats,” Ann NY Acad Sci, 1223:1-38, 2011.

© 13/DIGITAL ZOO/OCEAN/CORBIS WHY BATS?

• Flight: Likely in response to the metabolic demands of flight, bats have evolved heightened DNA damage-repair pathways and a high body temperature that mimics a fever state, imparting higher resistance to pathogens.

• Long-lived: With life spans that are 3 to 10 times longer than other mammals of similar size, bats may encounter more pathogens throughout their lives.

• Hibernation: The aggregation of many different bat species in hibernacula during colder months can facilitate the spread of pathogens.

• Colonial: Even during their waking months, some bat species live in remarkably large groups, again facilitating pathogen transmission.

• Evolutionary history: Bats evolved between 100 million and 66 million years ago. They may have established a truce with many bacteria and viruses over the millennia.

EXPERIMENTS ON THE WING

Fruit bats roosting in Kumasi, Ghana COURTESY OF DAVE HAYMAN A scientist striving to know more about a virus or bacterium isolated from bats would likely rely on the traditional methodology of injecting the pathogen into rodent models in the lab to study its pathophysiology and the host’s immune response. But bats appear to have anything but traditional immune systems, putting investigators studying emerging tropical diseases at a disadvantage. “Lab virologists typically don’t have access to the natural host,” says University of Cambridge infectious disease epidemiologist James Wood.

To gain real insights into both the pathogens that infect bats and how the flying mammals cope with such infections, researchers must study—you guessed it—bats. But studying wild bats presents its own challenges: bats tend to live in such massive colonies, and their ranges tend to be so large, that recapturing a particular bat—to check on the persistence of a virus, for example—is virtually impossible.

That’s why, in 2009, Wood and his then–PhD student Dave Hayman decided to start raising a captive colony of bats in Ghana. Along with collaborators, the researchers captured a dozen straw-colored fruit bats (Eidolon helvum), a species widely distributed throughout sub-Saharan Africa. (See photograph at left.) After succeeding in keeping the animals alive for about six months in a roughly 6,000-cubic-meter, double-roofed aviary on the outskirts of Ghana’s capital city, Accra, the team added about three dozen more bats to the colony, now a 100-bat-strong, self-sustaining population. “The beauty of establishing a captive colony is that . . . you know that an individual is exposed to the infections in that colony,” says Hayman, now a disease ecologist at Massey University in New Zealand.

The colony, one of only a few around the world, gives Hayman and his colleagues a unique window onto the bat immune system and the coevolution of bats and their pathogens. “[We’re] trying to understand what we see in the wild, which is a constant, high prevalence of infection,” says Hayman. So far, the researchers who study the captive bats in Ghana have focused on pathogens that were present in the animals when they were captured in the wild and pathogens to which the animals carried antibodies at the time of their capture. These include the Lagos bat virus, henipavirus, and bacteria from the genus Bartonella, to name a few. The team has learned, for example, that henipavirus, a genus that contains the deadly Hendra and Nipah viruses, is capable of persisting in the bat population, with antibody titers ebbing and flowing in female bats through cycles of pregnancy and lactation (J Anim Ecol, 83: 415–28, 2014). Yet the bats don’t seem to die from the viruses, which have spilled over to infect humans and horses in Australia.

We’re trying to understand what we see in the wild, which is a constant, high prevalence of infection. —Dave Hay­man,
Massey University

The team has also discovered that young animals born into the captive bat colony harbor henipaviruses. Researchers used to think that henipavirus infections were immunizing, in the way that flu or measles viruses can be in humans, with virus-specific antibodies able to defend against subsequent attack. In such situations, the persistence of the virus within a population can only be achieved through the introduction of new individuals that have not yet been infected. But the pres­ence of the virus in young bats suggests that the adults are continuously harboring low levels of the pathogen in their cells. While the animals are not sick, they can still pass the virus around. “This work has caused us to rethink the mechanisms of persis­tence of that whole family of viruses within populations of bats,” says Wood.

Eventually the researchers would like to house subgroups of bats in separate enclosures, where the team could expose a subgroup to a new pathogen and follow the dynamics of the disease, Wood says. “We have some facilities in which we could do infection experiments or small-scale transmission experiments in bats.”

“The ultimate aim is to do population-level transmission studies,” Hayman adds. Such research can yield the type of understanding that will help scientists go beyond simply cataloging the different emerging zoonotic diseases that are crossing species boundaries to infect humans, and begin to acquire a functional knowledge of the biology and ecology of bats and the myriad pathogens they host.


Muted immunity

Zhou’s team mimicked infections in the white blood cells of mice and of Chinese rufous horseshoe bats (رينولوفوس سينيكوس): the species that harboured the SARS virus, which killed almost 600 and infected approaching 7700 during the 2003 outbreak. The mouse cells produced at least 10 times more interferon.

They compared the gene for STING in 30 bat species and 10 flightless mammal species, including humans. In all the bats, STING had lost the amino acid serine at one site, but in all the other mammals STING had kept it. The presence or absence of serine at that site dictated how the cells responded to fake viral infections. By losing the serine, bats tolerate viruses that other mammals would fight off.

“Wild bats may carry viruses for a long time at a low level, less like control and more like coexistence,” says Zhou. “A milder response to viral infection is not always a bad thing.”

“Because some of these viruses may potentially lead to new global pandemics, it’s essential we begin to learn how the bats remain well and unaffected,” says John Mackenzie at Curtin University in Perth, Western Australia.


An international team of researchers used cutting edge technologies to sequence the bats' genome and identify the genes present.

By comparing the blueprint of the bat against 42 other mammals they were able to find out where bats are located within the tree of life.

Bats appear most closely related to a group that consists of carnivores (dogs, cats and seals, among other species), pangolins, whales and ungulates (hooved mammals).

A trawl of genetic differences identified regions of the genome that have evolved differently in bats, which may account for their unique abilities.

The genetic detective work revealed genes that may contribute to echolocation, which bats use to hunt and navigate in complete darkness.


Why do so many deadly viral outbreaks originate in bats?

Ebola, Marburg, SARS, MERS, and now the new coronavirus Covid-19, all share one thing in common – they are thought to have originated in bats. A new study, led by scientists at UC Berkeley, is suggesting the mammals’ uniquely fierce immune system encourages viruses to reproduce and when the viruses cross over into other animals or humans they can be incredibly fatal.

From the frightening hemorrhagic fevers that appeared in the second half of the 20 th century, to the more recent appearances of novel coronaviruses, bats seem to be the natural reservoir for many concerning viral outbreaks. From a perspective of species volume, it is not necessarily a surprise bats are the source of more dangerous viruses than any other mammal.

There are more than 1,400 individual species of bat, spanning almost every corner of the world and comprising around 20 percent of all mammal species. Bats have very few natural predators and live extraordinarily long in relation to their size. Some bats have been found to live up to 40 years.

However, bats are outnumbered by rodents in terms of volume of species and sheer numbers. And while rats certainly spread a number of diseases, they are not generally known for incubating entirely new viruses (rats may have traditionally been blamed for the black plague in medieval Europe but research has shown the real cause of that infamous epidemic was parasites such as fleas and ticks, not rats that carried them).

So what is it about bats that allows them to harbor such virulent viruses without actually getting sick?

"The bottom line is that bats are potentially special when it comes to hosting viruses," says UC Berkeley disease ecologist, and co-author on the new study, Mike Boots. "It is not random that a lot of these viruses are coming from bats. Bats are not even that closely related to us, so we would not expect them to host many human viruses. But this work demonstrates how bat immune systems could drive the virulence that overcomes this."

In order to effectively evolve and spread, a virus can’t kill its host too quickly. The faster a virus replicates and infects a host, the quicker its host will die, so the most effective viruses are the ones than can maintain that precarious balance.

To understand how viruses can evolve in the presence of different mammal immune systems, the new study exposed two different bat cell lines to a hemorrhagic fever virus. A cell line from an African green monkey was also exposed as a control.

The differences between the bat and monkey immune responses were significant. The monkey cell line was rapidly overwhelmed by the replicating virus but the two bat models displayed swift protective immune responses.

The Australian black flying fox cell line demonstrated the most effective immune response to the virus, rapidly producing molecules called interferon-alpha. These immune signaling molecules are released by cells when they are under attack from a foreign substance. They signal to other cells to heighten anti-viral defenses, and actively disrupt viral replication.

What the researchers observed was a distinct slowing of viral replication in the bat cell lines. However, these particular bat interferon responses also allowed the viral infections to persist in the mammals for extended periods of time.

"Think of viruses on a cell monolayer like a fire burning through a forest. Some of the communities – cells – have emergency blankets, and the fire washes through without harming them, but at the end of the day you still have smoldering coals in the system – there are still some viral cells," explains Cara Brook, first author on the new study.

This means a virus can increase its replication rate inside a bat without killing its host, essentially enhancing its virulence to a level that would be profoundly destructive in other organisms.

“This suggests that having a really robust interferon system would help these viruses persist within the host," says Brook. "When you have a higher immune response, you get these cells that are protected from infection, so the virus can actually ramp up its replication rate without causing damage to its host. But when it spills over into something like a human, we don't have those same sorts of antiviral mechanism, and we could experience a lot of pathology."

But why do bats have such fundamentally powerful immune systems?

Intense physical activity in any mammal results in the release of reactive molecules called free radicals. Organisms need to effectively mop up these damaging molecules and the immune system plays a primary role in that process.

Bats, being the world’s only flying mammal, have evolved a remarkably efficient immune system to manage the acute inflammatory damage caused by the high metabolic rate needed to fly. Generally speaking, in mammals fast metabolism and heart rate equals shorter lifespans while slower metabolism and heart rate results in longer lives. Rodents of equivalent size to bats mostly live to ages of two years. Bats on the other hand, can live 30 or 40 years, despite having metabolic rates double that of rats.

It is hypothesized this heightened ability of bats to rapidly suppress inflammation enables the mammal to vigorously fly. And one of the key processes underpinning this rapid anti-inflammatory response is the speedy release of interferon-alpha. Brook notes this enhanced immune response seen in bats would be damaging if replicated within a human body.

"Some bats are able to mount this robust antiviral response, but also balance it with an anti-inflammation response," says Brook. "Our immune system would generate widespread inflammation if attempting this same antiviral strategy. But bats appear uniquely suited to avoiding the threat of immunopathology."

Although this doesn’t explain how the viruses seem to frequently jump from animals to humans, the research does offer compelling insights into how, and why, bats seem to be incubating these incredibly virulent viruses.