Maklumat

Bagaimana pula dengan sistem imun kelawar melindungi mereka daripada Ebola?

Bagaimana pula dengan sistem imun kelawar melindungi mereka daripada Ebola?


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.

Bukti semasa menunjukkan bahawa kelawar buah adalah hos takungan untuk Ebola. Adakah mana-mana penyelidikan membuktikan apa yang berbeza tentang biologi sel atau sistem imun mereka yang mengurangkan virulensi untuk mereka? Gagal menyelidik tentang sistem tertentu ini, adakah anda mempunyai contoh dalam sistem lain tentang bagaimana virulensi dikurangkan dalam hos takungan?

Saya mengajar kelas biologi sel, jadi contoh sebenar protein atau enzim atau molekul inflamasi yang diubah suai dalam takungan lebih diutamakan.


Sebab utama untuk ini ialah kelawar buah berkemungkinan besar (saya tidak fikir terdapat bukti langsung untuk Ebola setakat ini) perumah takungan untuk penyakit ini. Hos takungan disesuaikan dengan penyakit dan boleh menyimpannya untuk masa yang tidak ditentukan (dengan jangkitan berulang) tanpa menunjukkan tanda jangkitan atau terjejas olehnya. Walaupun ia tidak sakit, perumah takungan boleh menularkan penyakit itu kepada haiwan lain.

Terdapat sangat sedikit yang diketahui tentang sistem imun kelawar, tetapi mereka kelihatan berbeza, jadi mereka tidak terjejas oleh penyakit yang menyebabkan malapetaka pada manusia. Kertas-kertas berikut merangkumi beberapa butiran dan ia menarik untuk dibaca:

Makalah ini memberikan pandangan yang menarik tentang sistem imun kelawar. Artikel pertama adalah penjelasan ringkas tentang penemuan terpenting yang kedua. Ia melihat perbezaan antara spesies dan menganalisis bagaimana sistem imun kelawar mungkin telah berkembang. Sangat menarik.

  • Kelawar, penerbangan dan imuniti terhadap virus
  • Analisis perbandingan genom kelawar memberikan gambaran tentang
    evolusi penerbangan dan imuniti.
  • Tindak Balas Kekebalan Antiviral Kelawar: Satu Tinjauan

'Kekebalan super' kelawar boleh membantu melindungi orang ramai

Flying fox berkepala hitam di antara koloni berkepala kelabu. Kredit: Michelle Baker CSIRO

Buat pertama kali penyelidik telah menemui keupayaan unik dalam kelawar yang membolehkan mereka membawa tetapi kekal tidak terjejas oleh penyakit maut.

Tidak seperti manusia, kelawar memastikan sistem imun mereka dihidupkan 24/7 dan saintis percaya ini boleh memegang kunci untuk melindungi orang daripada penyakit maut seperti Ebola.

Kelawar adalah perumah semula jadi untuk lebih daripada 100 virus, sesetengah daripadanya boleh membawa maut kepada manusia, termasuk Sindrom Pernafasan Timur Tengah (MERS), Ebola dan virus Hendra, namun menariknya kelawar tidak jatuh sakit atau menunjukkan tanda-tanda penyakit daripada virus ini.

Diterbitkan hari ini dalam jurnal Prosiding Akademi Sains Kebangsaan (PNAS), penyelidikan baharu ini mengkaji gen dan sistem imun musang terbang hitam Australia, dengan hasil yang mengejutkan.

"Apabila badan kita bertemu dengan organisma asing, seperti bakteria atau virus, satu set tindak balas imun yang rumit akan bergerak, salah satunya ialah mekanisme pertahanan yang dikenali sebagai imuniti semula jadi," pakar imunologi kelawar terkemuka di Makmal Kesihatan Haiwan Australia CSIRO Dr Michelle. Baker berkata.

"Kami memberi tumpuan kepada imuniti semula jadi kelawar, khususnya peranan interferon - yang penting untuk tindak balas imun semula jadi dalam mamalia - untuk memahami apa yang istimewa tentang cara kelawar bertindak balas terhadap virus yang menyerang.

"Menariknya kami telah menunjukkan bahawa kelawar hanya mempunyai tiga interferon yang hanya sebahagian kecil - kira-kira satu perempat - daripada bilangan interferon yang kami temui pada manusia.

"Ini mengejutkan memandangkan kelawar mempunyai keupayaan unik ini untuk mengawal jangkitan virus yang boleh membawa maut pada manusia tetapi mereka boleh melakukan ini dengan jumlah interferon yang lebih rendah."

Pasukan itu juga membandingkan dua interferon jenis 1 - alfa dan beta.

Penyelidikan menunjukkan bahawa kelawar mengekspresikan tindak balas imun semula jadi yang lebih tinggi walaupun mereka tidak dijangkiti sebarang virus yang boleh dikesan.

"Tidak seperti manusia dan tikus, yang mengaktifkan sistem imun mereka hanya sebagai tindak balas kepada jangkitan, interferon-alpha kelawar sentiasa 'dihidupkan' bertindak sebagai pertahanan barisan hadapan 24/7 terhadap penyakit," kata Dr Baker.

"Dalam spesies mamalia lain, mempunyai tindak balas imun yang sentiasa dihidupkan adalah berbahaya - contohnya ia toksik kepada tisu dan sel - manakala sistem imun kelawar beroperasi secara harmoni."

Walaupun kita mengetahui peranan penting kelawar dalam ekosistem sebagai pendebunga dan pengawal serangga, mereka juga semakin menunjukkan nilai mereka yang berpotensi membantu melindungi manusia daripada penyakit berjangkit.

"Jika kita boleh mengalihkan tindak balas imun spesies lain untuk berkelakuan dengan cara yang sama seperti kelawar, maka kadar kematian yang tinggi yang dikaitkan dengan penyakit, seperti Ebola, boleh menjadi perkara yang sudah berlalu," kata Dr Baker.

Kerja ini berdasarkan penyelidikan terdahulu yang dijalankan oleh CSIRO dan rakan kongsinya untuk lebih memahami imuniti kelawar untuk membantu melindungi Australia dan penduduknya daripada penyakit berjangkit eksotik dan baru muncul.

Dipimpin oleh CSIRO, usaha penyelidikan antarabangsa ini termasuk kepakaran daripada CSIRO, Sekolah Perubatan Duke-NUS dan Institut Burnet.


Kelawar sering bersentuhan dengan penyakit berjangkit, tetapi jarang mengalaminya

Kelawar mastiff berasal dari Amerika Tengah dan Selatan. Haiwan itu mempunyai sistem imun yang berkesan yang melindungi mereka daripada jangkitan. Kredit: MPI f. Ornitologi

Sistem imun kelawar berfungsi dengan cara yang berbeza secara asasnya dengan mamalia lain. Ini adalah kesimpulan yang dicapai oleh saintis dari Institut Max Planck untuk Ornitologi dalam kajian kelawar mastiff. Penyelidikan itu juga boleh menjadi penting dalam memerangi penyakit virus yang boleh disebarkan daripada haiwan seperti kelawar kepada manusia.

Walaupun kelawar layak sebagai pembawa dan perumah takungan bagi pelbagai jenis penyakit berjangkit, sangat sedikit kajian telah dijalankan ke atas sistem imun mereka setakat ini. Penyelidik dari Institut Max Planck untuk Ornitologi di Radolfzell, Universiti Konstanz dan Institut Penyelidikan Tropika Smithsonian di Panama kini cuba merapatkan jurang ini. Penemuan mereka menunjukkan bahawa sistem imun kelawar mungkin berfungsi dengan cara yang pada asasnya berbeza dengan mamalia lain. Pertahanan imun haiwan bahkan boleh memberikan petunjuk tentang bagaimana penyakit berjangkit tertentu dapat dielakkan.

Kebanyakan daripada 1,300 spesies kelawar yang diketahui mempunyai antibodi dalam darah mereka untuk melindungi daripada pelbagai penyakit tetapi jarang mempunyai patogen itu sendiri. Haiwan itu nampaknya dapat melawan patogen tanpa menjadi sakit sendiri. Tetapi apakah yang membuatkan sistem imun mereka begitu istimewa?

Para saintis mengkaji tindak balas imun kelawar mastiff Pallas (Molossus molossus) di Panama. Haiwan itu mengikut rutin harian tertentu: pada siang hari mereka mengurangkan penggunaan tenaga mereka di tempat berteduh untuk menjimatkan tenaga. Dalam tempoh ini, kelawar berehat tidak bergerak dan suhu badannya menurun. Ia hanya pada waktu matahari terbenam, apabila kelawar mastiff berangkat untuk memburu, barulah mereka hidup. Kini, suhu badan mereka meningkat kepada lebih daripada 40 darjah Celsius kerana otot mereka perlu bekerja keras semasa penerbangan mereka.

Walau bagaimanapun, suhu tinggi juga boleh memberi kesan sampingan: ia boleh mengaktifkan tindak balas imun terhadap patogen sebagai sejenis demam harian. Sebaliknya, kelembapan harian dalam kadar metabolisme mereka juga boleh menghalang pembiakan patogen sedia ada dalam badan.

Untuk menguji hipotesis ini, para penyelidik memberikan lipopolysaccharide (LPS) - sebatian, tidak berbahaya dengan sendirinya, terdiri daripada komponen lipid dan gula - kepada kelawar. Oleh kerana LPS juga terdapat pada membran luar banyak patogen, sistem imun kelawar menganggap serangan bakteria dan beralih kepada mod pertahanan.

Seperti yang ditunjukkan oleh saintis, bagaimanapun, turun naik suhu harian kekal tidak berubah walaupun selepas pentadbiran LPS. Oleh itu, bahan itu tidak mencetuskan demam pada kelawar, seperti yang berlaku pada mamalia lain. Tambahan pula, bilangan sel darah putih dalam darah - penunjuk kekuatan pertahanan imun - tidak meningkat. Walau bagaimanapun, kelawar telah kehilangan sejumlah besar jisim dalam masa 24 jam - tanda bagi para penyelidik bahawa haiwan itu menggerakkan rizab tenaga untuk pertahanan imun.

"Kehilangan besar-besaran ini juga berlaku dalam spesies kelawar lain, " jelas Teague O'Mara, pengarang utama kajian itu. "Ini adalah petunjuk bahawa sistem imun mereka dihidupkan." Walau bagaimanapun, sehingga kini, tiada siapa yang dapat menyatakan dengan tepat proses selular yang sedang berlaku. "Sistem imun dalam kelawar tidak berkelakuan dengan cara yang sama seperti mamalia lain," kata Dina Dechmann dari Institut Max Planck untuk Ornitologi. "Kita perlu memahami apa yang menjadikannya begitu istimewa. Ia boleh membantu kita belajar banyak tentang penyakit yang berbahaya kepada manusia."

Oleh itu, boleh dibayangkan bahawa kelawar boleh dipersalahkan secara tidak adil untuk Ebola. Dalam tinjauan, saintis dari Institut Robert Koch dan Institut Max Planck secara sistematik menganalisis tahap pengetahuan semasa tentang asal usul virus Ebola. Menurut penyelidik, kelawar buah tidak boleh menjadi takungan utama atau satu-satunya. Virus Ebola itu sendiri belum lagi wujud dalam kelawar.

Rangkaian bukti setakat ini adalah berdasarkan antibodi terhadap Ebola, yang telah ditemui dalam darah kelawar buah. Oleh itu, haiwan itu mungkin kerap bersentuhan dengan virus tetapi berada dalam kedudukan untuk melawannya. Keadaan yang sama mungkin timbul dengan penyakit berjangkit lain yang boleh berjangkit daripada haiwan kepada manusia, seperti rabies. Dalam kes ini juga, sistem imun yang berkesan boleh melindungi kelawar daripada menjadi sakit. "Jika kita dapat memahami bagaimana haiwan itu menghadapi penyakit, kita boleh menggunakan pengetahuan ini untuk membangunkan vaksin dan ubat-ubatan baharu," kata O'Mara.


Mengapa Kelawar Adalah Hos Yang Baik untuk Ebola dan Penyakit Maut Lain

Untuk menyemak semula artikel ini, lawati Profil Saya, kemudian Lihat cerita yang disimpan.

kelawar buah berwarna jerami (Eidolon helvum). Steve Gettle / Getty

Untuk menyemak semula artikel ini, lawati Profil Saya, kemudian Lihat cerita yang disimpan.

Beberapa virus yang paling menakutkan dan paling mematikan di planet ini menemui perlindungan semula jadi di dalam kelawar, termasuk Ebola, rabies, Marburg dan coronavirus SARS. Banyak wabak berprofil tinggi telah dikesan kepada kelawar, dan saintis menemui virus bawaan kelawar baharu sepanjang masa.

Haiwan itu kelihatan sangat mahir dalam menahan dan menyebarkan penyakit. Para saintis cuba memahami mengapa telah menemui beberapa petunjuk yang menjanjikan dalam genom kelawar, tetapi yang lain berpendapat kemasyhuran kelawar sebagai pembawa virus tidak wajar.

“Adakah kelawar istimewa? Saya masih mengatakan masih terlalu awal untuk menjawab,” kata Linfa Wang, yang mengetuai kumpulan penyelidikan di Makmal Kesihatan Haiwan Australia CSIRO dan Sekolah Perubatan Siswazah Duke-NUS di Singapura. Dia menghabiskan dua dekad yang lalu untuk mengkaji virus bawaan kelawar dan memburu ciri-ciri yang mungkin menjadikan haiwan itu sebagai perumah virus yang hebat.

"Persoalannya sangat penting kita tidak boleh mengabaikannya lagi," katanya.

Kelawar dan spesies lain yang menyimpan virus secara kronik, seperti tikus atau tikus, dikenali sebagai takungan penyakit. Selalunya, takungan ini kekal utuh, dengan haiwan yang dijangkiti jarang menunjukkan gejala penyakit. Tetapi kadangkala ia bocor, membiarkan virus menjangkiti spesies baharu yang lebih terdedah. Ini hampir pasti apa yang berlaku dengan wabak Ebola yang berterusan di Afrika Barat, yang bermula dengan titisan pada bulan Disember dan sejak itu telah menjangkiti sekurang-kurangnya 8,900 orang dan membunuh lebih daripada 4,400. Para saintis mengesyaki kelawar dipersalahkan untuk wabak ini, yang telah melanda Guinea, Sierra Leone, dan Liberia.

Secara anekdot, kelawar nampaknya membawa jumlah virus menakutkan yang tidak seimbang. Tetapi sama ada ini sebenarnya benar masih menjadi persoalan terbuka.

Para saintis pada dasarnya jatuh ke dalam dua kem mengenai isu ini. Satu aliran pemikiran mengatakan wabak berkaitan kelawar hanyalah permainan nombor, ideanya terdapat begitu banyak spesies dan begitu banyak individu sehingga kemunculan penyakit bawaan kelawar tidak mengejutkan. Yang lain mencadangkan kelawar sememangnya istimewa, bahawa ada sesuatu tentang fisiologi atau gaya hidup mereka yang menjadikan mereka repositori virus yang sangat baik.

Apakah sesuatu itu masih belum ditentukan, tetapi Wang dan rakan-rakannya telah meluangkan banyak masa untuk menyelesaikannya. Mereka bermula dengan melihat genom kelawar, dengan harapan dapat mencari petunjuk dalam sistem imun kelawar, seperti satu set gen yang hanya ada pada kelawar.

Minggu lalu, pihak berkuasa di Sepanyol membunuh seekor anjing yang pemiliknya telah dijangkiti Ebola selepas merawat seorang mubaligh yang pernah berada di Afrika Barat. Ramai yang berpendapat tindak balas itu melampau dan tidak wajar, memetik kekurangan bukti anjing boleh menghantar Ebola.

Semasa wabak Gabon 2001-2002, penyelidik mendapati kira-kira 25 peratus daripada anjing dari kampung dengan kes Ebola manusia diuji positif untuk antibodi Ebola. Tetapi anjing dari kampung tanpa kes manusia juga diuji positif. Begitu juga dengan dua anjing di Perancis yang mungkin tidak pernah menemui apa-apa yang membawa virus itu. Tiada haiwan yang bergejala atau mati, jadi persoalannya masih terbuka sama ada anjing boleh dijangkiti.

Mengesan laluan dari takungan ke manusia adalah sukar. Malah sekarang, saintis tidak mengetahui semua laluan yang boleh diambil oleh Ebola daripada kelawar kepada manusia. Satu cara penularan yang diketahui ialah memakan haiwan yang dijangkiti. Kelawar, primata, dan hidupan liar lain sering dimakan di bahagian Afrika Barat. Kini, orang ramai diberi amaran tentang risiko memakan daging belukar.

Laluan lain kurang jelas. Air liur, air kencing atau najis daripada kelawar buah yang dijangkiti boleh mencemari buah yang kemudiannya boleh dimakan oleh manusia atau perumah perantaraan. Ini boleh berlaku dengan virus Nipah dan Hendra. Di Bangladesh, virus Nipah kelihatan menular terus dari kelawar kepada manusia melalui getah kurma. Di Asia Tenggara, Nipah mula-mula menjangkiti babi, kemudian menjangkiti manusia. Di Australia, Hendra nampaknya menggunakan kuda sebagai spesies perantaraan. Dan Ebola telah menjangkiti primata yang kemudian dimakan orang.

Sebaliknya, pasukan itu menemui perbezaan yang lebih halus: Walaupun genom kelawar mengandungi banyak bahan yang sama seperti mamalia lain, kelawar menggunakannya secara berbeza. Khususnya, pengekodan gen kelawar untuk protein yang mengesan dan membaiki DNA yang rosak adalah lebih berleluasa daripada yang dijangkakan. Lebih mudah, gen tersebut dipercayai melakukan sesuatu yang membantu kelawar bertahan dan membiak, supaya gen tersebut diteruskan kepada generasi berikutnya.

Keputusan ini, dilaporkan dalam jurnal Sains pada bulan Disember 2012, sepadan dengan pemerhatian sebelum ini bahawa gen pembaikan kerosakan DNA adalah sasaran yang kerap untuk menyerang virus, yang boleh menjadi apa yang menggunakan tekanan evolusi. Penemuan juga sepadan dengan pemerhatian anekdot bahawa kelawar jarang (jika pernah) mengembangkan tumor-mungkin kerana gen pembaikan boleh mengatasi sebarang pertumbuhan malignan.

Sejak itu, Wang dan rakan-rakannya telah melangkah lebih jauh. Penemuan baru yang masih belum diterbitkan menunjukkan bahawa tidak seperti pada manusia atau tikus, di mana pertahanan seperti gen anti-tumor dan anti-virus diaktifkan hanya sebagai tindak balas kepada ancaman, pada kelawar gen ini nampaknya sentiasa dihidupkan. Aktiviti itu mengekalkan tahap mana-mana virus yang disembunyikan di bawah tahap yang boleh menyebabkan bahaya. Dalam erti kata lain, evolusi telah berkomplot untuk menjadikan mekanisme pengawasan kelawar kepada 11.

Mengenai sebabnya, Wang mencadangkan pautan dengan penerbangan, yang meningkatkan kadar metabolisme kelawar ke tahap berkali-kali lebih tinggi daripada ketika ia sedang berehat. Pengeluaran tenaga yang berterusan sedemikian menjana tekanan yang boleh merosakkan sel dan DNA jika ia tidak dikesan dan dibaiki dengan cepat.

Jadi mungkin pada mulanya, protein pembaikan kerosakan tersebut telah berubah untuk memerangi kerosakan yang disebabkan oleh kelawar melakukan apa yang kelawar lakukan, yang terbang di sekitar setiap malam. Jika benar, keupayaan untuk membawa virus maut mungkin menjadi yang kedua, sebagai sejenis kemalangan bersama evolusi, kata Wang.

Hipotesis lain, yang dilaporkan dalam *Penyakit Berjangkit Muncul *pada bulan Mei, mencadangkan penerbangan kelawar mungkin menghasilkan haba yang mencukupi untuk meniru demam. Sebagai sebahagian daripada tindak balas imun biasa dalam kebanyakan haiwan, demam membantu memerangi jangkitan dengan meningkatkan suhu badan ke tahap yang akan membunuh atau melumpuhkan patogen yang menyerang. Dengan menaikkan suhu mereka, hipotesis mencadangkan, terbang mungkin secara tidak sengaja mendail semula viral load kelawar setiap malam.

Walaupun tiada eksperimen telah dilakukan untuk menguji idea itu, sesetengah saintis mengatakan adalah munasabah bahawa satu sebab virus bawaan kelawar sangat maut apabila ia tumpah ke dalam manusia atau haiwan lain adalah kerana ia telah berkembang untuk menahan sistem imun kelawar yang sangat aktif.

"Kami tidak mempunyai sistem imun seperti itu," kata Angela Luis, ahli ekologi penyakit di Universiti Montana, dan pengarang kajian demam-penerbangan. Setelah bebas daripada kelawar yang sangat waspada, sentiasa menghidupkan pertahanan, virus tersebut mungkin tidak mempunyai masalah mengatasi sistem imun yang lebih lemah.

Wang masih belum bersedia untuk membuat kesimpulan bahawa kelawar adalah hos virus yang baik, tetapi percaya bidang saintifik semakin hampir untuk menerima kemungkinan itu.

Kemungkinan lain ialah apa yang berlaku hanyalah gabungan nombor dan peluang, bahawa limpahan bawaan kelawar tidak lebih daripada statistik di tempat kerja.

Dengan lebih daripada 1,200 spesies yang diketahui, kelawar merangkumi lebih daripada 20 peratus spesies mamalia di Bumi. Dan di kalangan mamalia, mereka hanya dikalahkan oleh tikus (bertentangan dengan kepercayaan popular, kelawar bukan tikus). Tetapi di banyak kawasan, kelawar lebih banyak daripada tikus, dengan berjuta-juta individu kadang-kadang tinggal dalam satu koloni.

Persepsi bahawa kelawar entah bagaimana istimewa mungkin diwarnai oleh wabak berprofil tinggi dan jumlah kerja yang tidak seimbang tertumpu pada kelawar sebagai saluran virus. "Nubuatan yang memenuhi diri, yang saya akan beri amaran, ialah semakin banyak kita menggali, lebih banyak virus yang akan kita temui," kata Kevin Olival, ahli ekologi penyakit di EcoHealth Alliance.

Seekor musang terbang India (Pteropus giganteus) makan buah di pantai di Sri Lanka.

Dalam kajian 2013, Olival dan rakan sekerja meneliti virom kelawar gergasi yang dipanggil musang terbang India (Pteropus giganteus). Dalam satu spesies itu, mereka mengesan 55 virus, 50 daripadanya tidak diketahui sebelum ini. Itu kira-kira jumlah bilangan virus kelawar yang dikenal pasti dalam kajian seminal 2006 yang menyemak semua penyelidikan berkaitan yang dilakukan pada masa itu. Walau bagaimanapun, dalam tempoh lapan tahun, jumlah itu meningkat dua kali ganda atau tiga kali ganda atau lebih, bergantung pada kriteria yang digunakan untuk menentukan "virus yang diketahui."

Tetapi Olival berhujah bahawa trend tidak unik kepada kelawar. "Jika anda melihat spektrum luas apa yang kita ketahui tentang kepelbagaian virus mamalia, semuanya mempunyai kumpulan virus yang agak pelbagai," katanya. "Kumpulan yang tidak adalah kumpulan yang belum cukup kami lihat."

Persoalannya, mengapa kita terus mendengar tentang wabak yang dibawa oleh kelawar?

"Saya fikir perkara yang penting ialah ekologi, dan memikirkan di mana haiwan ini tinggal, dan bagaimana manusia bersentuhan dengan mereka, "kata Olival. Dia mencadangkan bahawa perkara yang sangat penting ialah cara manusia berinteraksi dengan kelawar -- atau lebih tepat lagi, cara manusia berinteraksi dan menceroboh habitat kelawar.


Bolehkah sistem imun khas membantu melindungi kelawar daripada Ebola?

Sistem imun kelawar berfungsi dengan cara yang berbeza secara asasnya dengan mamalia lain. Ini adalah kesimpulan yang dicapai oleh saintis dari Institut Max Planck untuk Ornitologi dalam kajian kelawar mastiff. Penyelidikan itu juga boleh menjadi penting dalam memerangi penyakit virus yang boleh disebarkan daripada haiwan seperti kelawar kepada manusia.

Kelawar mastiff berasal dari Amerika Tengah dan Selatan. Haiwan itu mempunyai sistem imun yang berkesan yang melindungi mereka daripada jangkitan.

Walaupun kelawar layak sebagai pembawa dan perumah takungan bagi pelbagai jenis penyakit berjangkit, sangat sedikit kajian telah dijalankan ke atas sistem imun mereka setakat ini. Penyelidik dari Institut Max Planck untuk Ornitologi di Radolfzell, Universiti Konstanz dan Institut Penyelidikan Tropika Smithsonian di Panama kini cuba merapatkan jurang ini. Penemuan mereka menunjukkan bahawa sistem imun kelawar mungkin berfungsi dengan cara yang pada asasnya berbeza dengan mamalia lain. Pertahanan imun haiwan bahkan boleh memberikan petunjuk tentang bagaimana penyakit berjangkit tertentu dapat dielakkan.

Kebanyakan daripada 1,300 spesies kelawar yang diketahui mempunyai antibodi dalam darah mereka untuk melindungi daripada pelbagai penyakit tetapi jarang mempunyai patogen itu sendiri. Haiwan itu nampaknya dapat melawan patogen tanpa menjadi sakit sendiri. Tetapi apakah yang membuatkan sistem imun mereka begitu istimewa?

Para saintis mengkaji tindak balas imun kelawar mastiff Pallas&aposs (Molossus molossus) di Panama. Haiwan itu mengikut rutin harian tertentu: pada siang hari mereka mengurangkan penggunaan tenaga mereka di tempat berteduh untuk menjimatkan tenaga. Dalam tempoh ini, kelawar berehat tidak bergerak dan suhu badannya menurun. Ia hanya berlaku pada waktu matahari terbenam, apabila kelawar mastiff pergi untuk memburu, bahawa mereka hidup. Kini, suhu badan mereka meningkat kepada lebih 40 darjah Celsius kerana otot mereka perlu bekerja keras semasa penerbangan mereka.

Walau bagaimanapun, suhu tinggi juga boleh memberi kesan sampingan: ia boleh mengaktifkan tindak balas imun terhadap patogen sebagai sejenis demam harian. Sebaliknya, kelembapan harian dalam kadar metabolisme mereka juga boleh menghalang pembiakan patogen sedia ada dalam badan.

Untuk menguji hipotesis ini, para penyelidik memberikan lipopolysaccharide (LPS) - sebatian, tidak berbahaya dengan sendirinya, terdiri daripada komponen lipid dan gula - kepada kelawar. Oleh kerana LPS juga terdapat pada membran luar banyak patogen, sistem imun kelawar menerima serangan bakteria dan beralih kepada mod pertahanan.

Seperti yang ditunjukkan oleh saintis, bagaimanapun, turun naik suhu harian kekal tidak berubah walaupun selepas pentadbiran LPS. Oleh itu, bahan itu tidak mencetuskan demam pada kelawar, seperti yang berlaku pada mamalia lain. Tambahan pula, bilangan sel darah putih dalam darah - penunjuk kekuatan pertahanan imun - tidak meningkat. Walau bagaimanapun, kelawar telah kehilangan sejumlah besar jisim dalam masa 24 jam - tanda bagi para penyelidik bahawa haiwan itu menggerakkan rizab tenaga untuk pertahanan imun.

"Kehilangan besar-besaran ini juga berlaku dalam spesies kelawar lain, " jelas Teague O'Mara, pengarang utama kajian itu. "Ini adalah petunjuk bahawa sistem imun mereka dihidupkan." Walau bagaimanapun, sehingga kini, tiada siapa yang dapat menyatakan dengan tepat proses selular yang sedang berlaku. "Sistem imun dalam kelawar tidak berkelakuan dengan cara yang sama seperti mamalia lain," kata Dina Dechmann dari Institut Max Planck untuk Ornitologi. “Kita perlu memahami apa yang menjadikannya begitu istimewa. Ia boleh membantu kita belajar banyak tentang penyakit yang berbahaya kepada manusia."

Oleh itu, boleh dibayangkan bahawa kelawar boleh dipersalahkan secara tidak adil untuk Ebola. Dalam tinjauan, saintis dari Institut Robert Koch dan Institut Max Planck secara sistematik menganalisis tahap pengetahuan semasa tentang asal usul virus Ebola. Menurut penyelidik, kelawar buah tidak boleh menjadi takungan utama atau satu-satunya. Virus Ebola sendiri belum lagi wujud dalam kelawar.

Rangkaian bukti setakat ini adalah berdasarkan antibodi terhadap Ebola, yang telah ditemui dalam darah kelawar buah. Oleh itu, haiwan itu mungkin kerap bersentuhan dengan virus tetapi berada dalam kedudukan untuk melawannya. Keadaan yang sama mungkin timbul dengan penyakit berjangkit lain yang boleh berjangkit daripada haiwan kepada manusia, seperti rabies. Dalam kes ini juga, sistem imun yang berkesan boleh melindungi kelawar daripada menjadi sakit. "Jika kita dapat memahami bagaimana haiwan itu menghadapi penyakit, kita boleh menggunakan pengetahuan ini untuk membangunkan vaksin dan ubat-ubatan baharu," kata O&aposMara.


Mengehadkan kerosakan

Jika ada pengajaran yang boleh dipelajari daripada kelawar tentang bertolak ansur dengan jangkitan virus, bukan bermakna kita harus belajar terbang. Tetapi kita mungkin boleh belajar bagaimana untuk mengehadkan kerosakan yang disebabkan oleh keradangan.

"Toleransi benar-benar boleh dilihat sebagai cara yang berbeza untuk menangani patogen, " kata Mandl. "Ia masih merupakan strategi imun. Tetapi strateginya bukan untuk cuba membersihkan patogen, atau mungkin juga tidak mengurangkan replikasi, tetapi hanya untuk mengehadkan kerosakan cagaran."

Virus Hendra, yang dibawa oleh kelawar Australia dikenali sebagai flying fox, boleh berjangkit kepada kuda melalui sentuhan dengan najis kelawar yang tercemar, air kencing atau air liur kuda kemudiannya boleh menjangkiti manusia. Di sini, pelajar PhD, Tamika Lunn mengumpul sampel sedemikian di bawah sarang burung rubah di subtropika Australia selepas peristiwa limpahan Hendra kepada kuda.

Mungkin terdapat cerapan untuk dikumpulkan daripada haiwan lain yang bertolak ansur dengan patogen penyebab penyakit juga. Mandl telah mendapati bahawa monyet mangabey berjelaga, yang membawa tetapi tidak sakit oleh saudara terdekat HIV yang dipanggil virus immunodeficiency simian, juga mempunyai tindak balas interferon yang didail belakang.

Dan Tony Schountz, seorang ahli imunologi virus di Colorado State University, berkata perkara yang sama berlaku pada tikus, tikus dan cecak yang dengan senang hati menjadi tuan rumah hantavirus. "Mereka mempunyai tindak balas imun anti-radang ini kepada virus yang agak tidak berbahaya," katanya. "Pada orang, terdapat tindak balas keradangan besar-besaran yang berlaku, ia dianggap penyumbang utama kepada penyakit dan kematian manusia."

Memahami tindak balas imun yang "berjaya" ini, tambah Schountz, suatu hari nanti boleh membawa kepada strategi untuk mengurangkan keterukan penyakit pada orang. Katakan, sebagai contoh, anda tahu bahagian, atau molekul mana, sistem imun yang perlu dikurangkan untuk mengelakkan keradangan apabila virus menjangkiti. Kemudian "anda boleh membangunkan terapi atau ubat yang boleh mengganggu laluan itu untuk mengelakkan tindak balas keradangan daripada berlaku," dia mencadangkan.

Kajian tentang kelawar mempunyai matlamat yang lebih segera - dan mendesak -. "Sangat penting untuk mengkaji kelawar dalam alam semula jadi, untuk memahami di mana virus itu supaya kita boleh cuba memahami mengapa ia datang dari populasi tersebut dan membunuh orang," kata ahli epidemiologi David Hayman dari Massey University di New Zealand, yang menulis gambaran keseluruhan. pada kelawar dan virus dalam Kajian Tahunan Virologi.

Memandangkan wabak yang telah dikaitkan dengan kelawar dalam beberapa tahun kebelakangan ini - beberapa coronavirus, Hendra, Nipah, Ebola, Marburg dan banyak lagi - dia dan penyelidik penyakit berjangkit lain mengatakan adalah amat penting untuk memahami kemungkinan kejadian limpahan masa hadapan. Persoalan itu perlu ditangani dari beberapa sudut.

Walaupun diketahui bahawa banyak kelawar mempunyai banyak virus, kajian yang mengkaji dinamik jangkitan dari semasa ke semasa, dan lebih daripada satu virus pada satu masa, adalah jarang berlaku. Dalam satu kajian sedemikian, penyelidik mencari sembilan jenis paramyxovirus dalam kelawar Australia selama beberapa bulan dengan meletakkan kepingan plastik di bawah tiang dan mengambil sampel air kencing. Ditunjukkan ialah data daripada dua tapak di Queensland dengan kumpulan musang terbang hitam dan musang terbang berkepala kelabu. Walaupun purata bilangan pengesanan virus bagi setiap sampel air kencing adalah rendah — sama ada virus tidak hadir atau berada pada tahap terlalu rendah untuk dikesan — terdapat tempoh yang singkat dan melampau apabila berbilang virus ditemui. Sebagai contoh, lonjakan sedemikian berlaku pada musim sejuk Australia 2011 (musim panas Hemisfera Utara) dalam tempoh ini, RNA sehingga enam virus unik telah dikesan setiap sampel (min 1.8). Ini bertepatan dengan sekumpulan besar peristiwa limpahan paramyxovirus Hendra kepada kuda dan dengan tempoh kekurangan makanan yang menekankan kelawar.

Jenis virus yang terlibat jelas penting. Banyak yang berakibat tinggi yang telah membuat lompatan daripada kelawar kepada manusia dalam beberapa tahun kebelakangan ini menggunakan RNA sebagai bahan genetik mereka. Jentera yang digunakan oleh kebanyakan virus ini untuk menyalin genom mereka adalah sangat ceroboh, yang bermaksud bahawa ralat - mutasi baru - boleh terakru dengan cepat, meningkatkan kemungkinan terkena mutasi yang membolehkan virus menukar hos. (Koronavirus tidak seceroboh sesetengahnya, tetapi masih mengumpul perubahan dengan kerap menukar cebisan genom ke sana ke mari.)

Juga penting ialah jenis interaksi manusia-kelawar: Manakah yang paling berisiko? "Jika anda berfikir tentang coronavirus, ia ditemui dalam kelawar di seluruh dunia," kata Hayman. "Jadi cara lain untuk melihat ini ialah: Mengapa semua jangkitan itu tidak menyebabkan wabak?"

Penyelidikan terkini menunjukkan bahawa tekanan adalah penting - ia mungkin menjadi peramal utama kelawar menumpahkan banyak virus. Plowright telah menghabiskan masa bertahun-tahun menangkap kelawar dalam jaring gergasi dan mengambil sampel darah, air kencing dan najis mereka, dan mendapati bahawa jangkitan virus dalam kelawar tidak konsisten merentas masa dan ruang. Malah, kebanyakan masa, virus tidak dapat dikesan sama sekali.

"Kami akan mencari lagi dan lagi, berulang kali, dan kami tidak akan menemui apa-apa," katanya. "Dan kemudian kami akan kembali pada bulan depan dan mengambil sampel lagi, dan kami mungkin mendapati sebahagian besar kelawar sebenarnya dijangkiti virus itu."

Jangkitan yang jelas itu mungkin bertahan beberapa bulan, kemudian hilang. Dalam rubah terbang Australia, tempoh puncak jangkitan - yang bertepatan dengan peristiwa limpahan virus Hendra - berlaku semasa musim bersalin. Jenis tekanan lain, seperti kekurangan makanan atau kehilangan habitat, juga boleh mendorong tempoh penumpahan virus. Hayman dan rakan sekerja telah mendapati bahawa perubahan penggunaan tanah di Afrika Barat - mengakibatkan pemecahan hutan di mana kelawar hidup - bertepatan dengan wabak Ebola.

Mengetepikan tekanan, peningkatan hubungan itu sendiri adalah bermasalah. "Hanya fakta mudah lebih ramai orang, lebih banyak kemusnahan habitat, bermakna lebih banyak kenalan berpotensi, yang mungkin hanya meningkatkan peluang jangkitan," kata Hayman.

Cuba untuk menghapuskan pertemuan sedemikian dengan menghapuskan kelawar bukanlah jawapannya, tegas pakar. "Itu akan menjadi bencana," kata Plowright. "Mereka menyediakan perkhidmatan ekosistem yang besar." Kelawar adalah pendebunga penting bagi ratusan tumbuhan termasuk banyak tumbuhan yang penting dari segi pertanian. Mereka membantu dalam penyebaran benih, dan kebanyakannya adalah pemakan serangga yang rakus - nyamuk dan perosak tanaman yang penting di kalangan mereka. Dan menghapuskan kelawar boleh menjadi bumerang, dengan akibat yang membawa maut: Membunuh kelawar buah Mesir di lombong di Uganda membawa kepada kemasukan kelawar baru dan wabak virus Marburg, saintis berpendapat.

Mempelajari kelawar - kebanyakannya adalah pada waktu malam dan boleh terbang jauh - cukup sukar. Tetapi terdapat juga kekurangan alat percubaan asas untuk bekerja pada hubungan virus kelawar, kerana peralatan dan protokol makmal biasanya direka bentuk dengan mengambil kira tikus dan tisu manusia. Walaupun beberapa tahun kebelakangan ini telah melihat kemajuan, senarai hajat toolkit kekal panjang. Mewujudkan talian sel kelawar yang stabil dan menghasilkan semula telah dicapai hanya untuk segelintir spesies kelawar dan selalunya untuk beberapa jenis sel sahaja, seperti buah pinggang atau paru-paru. Penyelidik juga kekurangan banyak reagen makmal yang disesuaikan untuk kelawar, seperti yang boleh digunakan untuk mengkaji antibodi haiwan itu. Virus yang semakin meningkat dalam sel kelawar yang diubah secara genetik boleh membantu mengesan perjalanan jangkitan dalam kelawar hidup. Ia juga boleh membantu dalam pembangunan vaksin dan ujian diagnostik.

Para saintis tahu bahawa mereka baru sahaja mula menghuraikan hubungan antara kelawar dan gabungan virus yang mereka simpan, serta sebab dan sebab persilangan virus yang sekali-sekala dan bencana itu ke dalam spesies kita sendiri. 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 (Rhinolophus sinicus) © 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. Saintis menyesali kesilapan itu.

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. Saintis regrets any confusion on this point.

Rujukan

  1. X.Y. Ge et al., “Isolation and characterization of a bat SARS-like coronavirus that uses the ACE2 receptor,” Nature, 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. D.G. Bausch et al., “Marburg hemorrhagic fever associated with multiple genetic lineages of virus,” N Engl J Med, 355:909-19, 2006.
  4. J.S. 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,” Sains, 339:456-60, 2013.
  8. G. Chatzinikolaou et al., “DNA damage and innate immunity: links and trade-offs,” Trend dalam Imunologi, 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 (Rhinolophus sinicus): 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.


Tonton video: В Либерии отмечен прогресс в борьбе с эпидемией лихорадки Эбола (Februari 2023).