Исследование показало, что, вопреки распространенному мнению, люди передают другим животным больше вирусов, чем наоборот (в два раза больше!). Проанализировав почти 12 миллионов вирусных геномов, ученые обнаружили, что эта тенденция распространяется на большинство известных семейств вирусов. Полученные результаты свидетельствуют о сложном способе межвидового распространения, понимание которого может улучшить усилия по предотвращению эпидемий и сохранению биоразнообразия.
Большинство возникающих и вновь появляющихся инфекционных заболеваний человека вызываются вирусами, передающимися от диких или домашних животных. Эти зоонозные заболевания вызывали многочисленные эпидемии на протяжении всей истории человечества, такие как Эбола, свиной грипп и птичий грипп. Хотя на сегодняшний день нет единого мнения, предполагается, что COVID-19 также является зоонозным вирусом.
Учитывая влияние на общественное здравоохранение, потенциально зоонозные вирусные штаммы и факторы передачи постоянно отслеживаются на международном уровне. Для этой цели были собраны базы данных и многочисленные систематические обзоры.
Эти данные показали, например, что «генералистические» вирусы (которые могут заражать большое количество хозяев), как правило, ассоциируются с большим зоонозным потенциалом. С другой стороны, такие факторы, как демографический рост и фрагментация мест обитания диких животных в результате деятельности человека, повышают риск распространения зоонозов.
Однако, несмотря на усилия, направленные на понимание и прогнозирование передачи зоонозов, в этой области остаются серьезные пробелы. Люди, как правило, считаются скорее поглотителями вирусов, чем их источниками. Поэтому возможность передачи вирусов от человека к другим животным (антропонозные заболевания) мало изучена.
Однако исследования показали, что человек — это лишь один узел в сложной и обширной сети хозяев, в которой часто происходит обмен вирусами. Зоонозы могут составлять лишь малую долю экологических последствий этих обменов. Например, метапневмовирус человеческого происхождения вызвал смертельную эпидемию респираторных заболеваний у шимпанзе, содержащихся в неволе. Вспышка вируса SARS-CoV-2 у горилл в зоопарке Атланты в 2021 году также предположительно имеет антропонозное происхождение.
Недостаточное понимание этой межвидовой передачи может не только помешать усилиям по сохранению природы, но и поставить под угрозу продовольственную безопасность. По словам Седрика Тана из Университетского колледжа Лондона и Института Фрэнсиса Крика, «когда животные заражаются вирусами от людей, это может не только навредить им и потенциально представлять угрозу для сохранения вида, но и создать новые проблемы для людей, повлияв на безопасность продуктов питания, если, например, для предотвращения эпидемии придется забить большое количество животных». Это уже произошло со штаммом птичьего гриппа H5N1.
Чтобы восполнить эти пробелы, Тан и его команда провели масштабный геномный анализ, чтобы проследить, как вирусы меняют хозяев (т.е. переходят на других хозяев) среди позвоночных. Такое отсутствие понимания «может частично объясняться недостаточной интеграцией геномики в экологический и фенотипический анализ«, — объясняют исследователи в своем отчете, недавно опубликованном в журнале Nature Ecology & Evolution.
«Если вирус, переносимый человеком, заражает новый вид животных, он может продолжать процветать, даже если его уничтожат среди людей, или даже выработать новые адаптации, прежде чем в конечном итоге снова заразить человека«, — говорит Тан. «Понимание того, как и почему вирусы эволюционируют, чтобы распространяться среди различных хозяев по всему древу жизни, может помочь нам понять, как возникают новые вирусные заболевания у людей и животных«, — объясняет он.
Во многом недооцененный феномен
Для своего исследования Тан и его коллеги проанализировали около 12 миллионов вирусных геномных последовательностей и связанных с ними метаданных о хозяевах, размещенных на сервере NCBI. Кроме того, были проанализированы 59 000 последовательностей, выделенных из вирусов, заражающих различных позвоночных. Эти данные были использованы для отслеживания смены хозяев 32 различных семейств вирусов. Кроме того, была проведена количественная оценка адаптивных мутаций, характеризующих эти переходы.
Текущее состояние глобального геномного надзора за вирусами позвоночных. a, Доля последовательностей вирусов, не связанных с вирусом SARS-CoV-2, депонированных в публичных базах данных последовательностей (n = 2 874 732), в разбивке по хозяевам. b, Доля семейств хозяев, представленных по меньшей мере 10 ассоциированными вирусными последовательностями для пяти основных групп позвоночных хозяев. c, Глобальная тепловая карта усилий по секвенированию, созданная на основе всех вирусных последовательностей, депонированных в публичных базах данных последовательностей, которые не связаны с хозяевами-людьми (n = 1 599 672). d, Количество видов вирусов позвоночных, использованных для геномного анализа в данном исследовании.
Переведено с помощью DeepL.com (бесплатная версия)
Исследователи обнаружили, что антропонозная передача инфекции в два раза превышает зоонозную, что свидетельствует о недооценке этого факта. Кроме того, наблюдалась значительная доля переходов от животного к животному (т.е. без участия человека). Кроме того, смена хозяина вируса связана со значительным увеличением числа генетических мутаций. Этот показатель намного выше, чем мутации, наблюдаемые в ходе эволюции вирусов в пределах одного хозяина. Скорее всего, это отражает способность вирусов приспосабливаться, чтобы лучше заражать новые виды.
Кроме того, вирусы, которые уже заразили множество видов, демонстрируют более слабые признаки этого адаптивного процесса. Это позволяет предположить, что штаммы, способные путешествовать по широкому кругу хозяев, обладают характеристиками, которые изначально повышают их способность к заражению, в то время как другие вирусы требуют более обширной адаптации.
Человек передает животным больше вирусов, чем они нам. a. Иллюстрация подхода к реконструкции предков-хозяев, использованного для определения направленности переходов предполагаемых хозяев. b. Число отдельных событий переходов предполагаемых хозяев с участием человека во всех рассмотренных семействах вирусов (n = 32).
Более того, хотя проникновение вируса в клетку обычно считается первой стадией инфекции, результаты анализа показывают, что этот процесс гораздо сложнее, чем считалось ранее. Так, команда исследователей также обнаружила, что большинство вирусных адаптаций, связанных с переходом от одного хозяина к другому, не были обнаружены в белках, которые позволяют вирусам стыковаться с клетками хозяина и проникать в них.
В целом, эти результаты указывают на то, что нам следует удвоить бдительность при мониторинге межвидовой передачи вирусов. «Отслеживая передачу вирусов между животными и людьми в обоих направлениях, мы сможем лучше понять эволюцию вирусов и, возможно, лучше подготовиться к будущим эпидемиям, а также внести свой вклад в усилия по сохранению природы«, — заключает Франсуа Баллу из Калифорнийского университета, который также является автором исследования.
