Прилепите и COVID-19

Прилепите и COVID-19

Прилепите са вторият по големина разред бозайници и наброяват над 1400 вида. Условно могат да бъдат разделени на две големи групи. Първата включва големите плодоядни прилепи, познати още като летящи лисици, които са изгубили свойството да използват ехолокация, ориентират се чрез зрение и обоняние и са разпространени в тропиците и субтропиците. Втората група включва същинските прилепи, които се ориентират основно чрез ехолокация и са разпространени повсеместно. Интересното при тези, които обитават умерения климатичен пояс, е, че през зимните месеци силно понижават телесната си температура, което води до понижаване почти до минимум на метаболитните процеси. Това състояние е известно като хибернация или зимен сън.

Прилепите са единствените бозайници, които са способни да летят активно, което е довело до тяхната съвременна космополитност. Тази тяхна способност е довела до високо усъвършенстване и ориентация чрез издаване на ултразвук, чрез който се ориентират в среда с ограничена видимост и при ловуване, което изисква голям енергиен ресурс. Интересен факт е, че при полет телесната им температура се покачва, като при различните видове тя варира от 38 до 41°C, а също така се ускоряват и метаболитните процеси. Това състояние много наподобява на фебрилния отговор, който се развива при другите бозайници в резултат на инфекция. Производството и разходът на енергия са огромни и непосилни за останалите бозайници. Наред с това високата производителност на енергия би довела до отделяне на голямо количество свободни радикали, за които е известно че увреждат ДНК молекулите и в крайна сметка довеждат до гибелта на клетките. Учените са установили, че това не се случва при летящите бозайници защото при тях съществуват механизми, които ускоряват способността на клетката да открие и поправи увредените ДНК молекули. В отговор на вирусна инфекция от заразената клетка се отделят сигнални протеини, наречени интерферони, които предизвикват засилване на антивирусната защита на останалите клетки в организма и по този начин се възпрепятства намножаването на вирусите. При прилепите определени класове интерферони са с висока концентрация от самото им раждане, което довежда до успешното потискане на възникнала вирусна инвазия.

Комбинацията от екстремното производство на енергия, високата телесна температура, механизмите за скоростно възстановяване на увредената ДНК и специфичната имунна система правят прилепите подходящ резервоар на РНК вируси без те самите да развиват болестно състояние. От друга страна вирусите се приспособяват към динамичния клетъчен живот на техните гостоприемници и за да могат да се предадат на човек често са необходими други животни (междинни гостоприемници), в чиито клетки вирусите се приспособяват за крайния гостоприемник.

Подобни примери от недалечното минало са коронавирусите SARS-CoV от 2002 г. и MERS-CoV от 2012 г. SARS-CoV причинява Тежък Остър Респираторен Синдром (SARS) и от него са били засегнати около 30 страни, като за 800 души изходът е бил летален. Учените са установили, че има видове прилепи, които са носители на подобен коронавирус, но заразяването на хора не е станало директно. За източник на заразата се посочват циветите, вид редки хищници, които се продават свободно на пазарите в Китай. Вирусът е бил дълго разпространяван с междинния гостоприемник в китайските пазари. Десет години по-късно се появява Близкоизточният респираторен синдром (MERS). Този път междинният гостоприемник са камилите, които са били междинен гостоприемник около 30 години. Причинява епидемия на Арабския полуостров, заразените са около 2000, а смъртността е 50%.

Covid
Основна структура на вирус

Вирусите могат да се размножават единствено в живи клетки. Те не притежават собствен клетъчен апарат за самовъзпроизвеждане. Носят малко количество генетичен материал – ДНК или РНК, който е защитен от обвивка. Те се възпроизвеждат, използвайки клетките на заразения гостоприемник като ги програмират да синтезират нужните им молекули.

Вирусната обвивка съдържа няколко копия от белтък, който се свързва специфично с рецептори на клетката гостоприемник. Дадена клетка може да бъде инфектирана от определен вирус, само ако има рецептори за него. След прикрепването на вируса генетичният му материал се пренася в клетъчното ядро, където се „презаписва“ в четим за клетката вид. Тази четима информация служи за синтезиране на вирусните белтъци, нужни за неговото намножаване, от самата клетка гостоприемник.

Новият коронавирус, известен като SARS-CoV-2, който е от семейство на обвити, едноверижни РНК вируси, не е предаден директно на хората от прилепите.

covid
Схематично представяне на S протеин от обвивката на COVID-19

Екипът на доц. Андерсън от САЩ установи произхода и еволюцията на SARS-CoV-2. В анализите изследователите са се фокусирали основно върху две специфични места във вирусния „S протеин“, които позволяват успешното проникване в клетката гостоприемник. Първото е рецептор-свързващия домен (RBD), който е отговорен за свързването на вируса с

рецептора на клетката гостоприемник. Второто е „мястото на разцепване“, което трябва да бъде разпознато и разцепено от ензимите на атакуваната клетка, които по този начин активират вирусния протеин, за да влезе в тях.

Доказателство за естествена еволюция на вируса:

Въз основа на редица проведени анализи върху генома на досега познати коронавируси се предполага, че новият коронавирус (SARS-Cov 2) е най-тясно свързан с коронавирус от подковоносия прилеп Rhinolophus affinis, който обитава провинция Юнан, Китай и Югоизточна Азия (CoV RaTG13) – 96,3% сходство в генома. Въпреки това е изключително важно да се отбележи, че човешкият коронавирус се свързва с ACE2 рецептори (от външната страна на белодробните клетки) и по този начин навлиза в нашите клетки, докато прилепният щам няма тази способност. Или с други думи, SARS-CoV-2 не може да бъде пренесен директно от прилепи на хора. В световен мащаб бозайниците, включително и човека, изобилстват от коронавируси, които са разпределени в специфични групи, и междувидовото пренасяне е изключително рядко, тъй като вирусът трябва да се приспособи към специфичния клетъчен рецептор на крайния гостоприемник. Затова заразяването на човек от прилеп с SARS-CoV-2 е изключено.

covid
Визуализация на АСЕ2 рецептор върху човешка белодробна клетка

Други известни човешки патогенни коронавируси използват различен домен, за да се свържат със същия рецептор. „Новият“ домен, който има SARS-CoV-2, очевидно е резултат от естествения подбор върху първичния вирус, познат от югоизточноазиатски вид прилеп, чрез гостоприемник с ACE2 рецептор, подобен на този на човека.

Подобни характеристики показва и втората структура – мястото на разцепване. Очевидно SARS-CoV-2 не е продукт на генно инженерство, а резултат от спонтанни еволюционни процеси. Освен това учените твърдят, че ако SARS-CoV-2 беше създаден умишлено, щеше да е извлечен от добре познати и анализирани коронавируси в лабораторията (т.е. би проявил връзка с целия геном). Известните функционални решения биха били използвани за ефективно навлизане в човешка клетка, например прости интервенции за повишаване на ефикасността.

Възможните сценарии за произхода на вируса са два:

В първия сценарий вирусът може да е еволюирал в сегашното си патогенно състояние чрез естествен подбор в животински гостоприемник и след това да е бил пренесен към хората. Така са се появили предишни познати огнища на коронавируси, при които хората са били заразени след директен контакт с цивети (SARS) и камили (MERS). Учените определиха прилепите като най-вероятния източник на SARS-CoV-2, тъй като геномът на тези коронавируси е най-сходен. Въпреки това няма доказани случаи за пряко предаване на вируса от прилепи на хора, което предполага, че вероятно е имало междинен гостоприемник. В този случай и двете специфични места в SARS-CoV-2 (доменът, който се свързва с клетките, и мястото на разцепване, чрез което се активира вирусът) биха се развили до сегашното си състояние в междинния гостоприемник преди вирусът да се пренесе в хората. В този случай сегашната епидемия вероятно би се развила светкавично след като вирусът достигне до хората, тъй като той вече има готов “ключ“, който го прави патогенен и лесно разпространим.

Във втория сценарий непатогенната версия на вируса първо преминава от животинския гостоприемник към хората преди да се адаптира към човешката популация. Например някои коронавируси, открити при панголини от Азия и Африка, имат структура на домена (RBD), много подобна на тази на SARS-CoV-2. По този начин коронавирусът може да се предава директно към хора или чрез междинен гостоприемник като цивета. След това допълнителни специфични структури на SARS-CoV-2 биха се развили директно в хората, вероятно по време на ограничена неоткрита циркулация в човешката популация, непосредствено преди началото на епидемията.

В допълнение, изследване на китайски учени върху произхода и еволюцията на организмите, включващо анализ на проби от прилепи от Африка, САЩ, Китай, Европа, включително и България, потвърждава близкородствеността на китайските проби с новия коронавирус. Пробите от България и Кения образуват отделна група, която не е свързана с китайските. Това изследване показва, че прилепите в нашата страна, Европа и Африка не са резервоар на SARS-CoV-2, причиняващ респираторен синдром COVID-19.

Възможни механизми за предаване на COVID-19

Прилепите са естествените пестициди на Земята. В България един прилеп консумира всекидневно огромен брой от познатите вредители по горските и агрикултурните насаждения. Много видове прилепи контролират числеността на комарите, които са преносители на вирусни заболявания като Зика, Жълта треска и Денга. В световен мащаб една прилепна колония може да изяде около 100 тона насекоми на вечер. Затова следва да се радваме, че прекарваме летните месеци в близост до тези удивителни животни.

Не трябва и да забравяме, че епидемиите от коронавируси като Тежкия остър респираторен синдром (SARS) и Близкоизточния респираторен синдром (MERS) са пренесени в човешката популация от междинни гостоприемници като камили, панголини, цивети и други екзотични животни. Повечето от тези животни са застрашени видове, които се продават свободно на пазари в Китай, страни от Югоизточна Азия и Африка. При следващата вирусна епидемия не трябва да съдим животните, а самите себе си. Търговията на животни от дивата природа е един от най-сериозните екологични проблеми, с които човечеството трябва да се бори не само заради по-доброто функциониране на екосистемите, но и заради оцеляването на човешкия вид.

Автори:
Хелиана Дундарова, д-р по зоология към ИБЕИ при БАН
Александра Нисимова, Фондация “Наука за природата”

Електронният магазин е в процес на разработване.