Zoonotyczne choroby i biologia przekroczenia barier

Wprowadzenie do zoonoz

Zoonozy to choroby wirusowe lub bakteryjne przekazywane od zwierząt ludziom—niedzielą, przez trzonakówki czy pierwej aktywnych zwierząt, a także poprzez zanieczyszczenie środowiska. Więcej niż 60% wszystkich chorób wirusowych u ludzi ma pochodzenie zoonozowe; około 75% nowoczesnych chorób wirusowych również pochodzi od zwierząt. Głównymi pandemiami zoonotycznymi są HIV/AIDS (szacowana przewalina z chimpanzów w południowo-wschodnim Afrykanie ~1920 r.), pandemic flu 1918 (prawdopodobnie oryginalnie od ptaków), SARS-CoV-1 (ptaki poprzez civety), MERS-CoV (ptaki poprzez dwudziestokójki), Ebola (ptaki) i SARS-CoV-2 (prawdopodobnie ptaki, z potencjalnym trzonakowym trzonakiem). Rozumienie ekologicznego i molekularnego charakteru przewaliny zoonotycznej jest kluczowe dla przygotowania na pandemie.

Przewalina—transmisja wirusa od pierwej aktywnego gospodarza zwierzętnego do nowego gatunku—wymaga kontaktu ekologicznego między gospodarzem a nowym gatunkiem, wystarczającego kontaktu z wirusem i zdolności wirusa do replikacji oraz transmisji w nowym gatunku. Wieloma przewalinek kończą się na tym, że wirus nie jest w stanie utrzymać się w populacji nowego gatunku. Długotrwała transmisja między ludźmi (potencjalność pandemii) wymaga dodatkowych adaptacji do maszyny komórkowej nowego gatunku, mekanizmów uuiteczania od odporności immunologicznej i przekazywania. Gęstość przewalinek spowodowanych przez nabywanie ludzkości terenów dzikich, rynek zwierząt dzikich i deforestację tworzy ciągłą szparagę, poprzez którą wirusy zdolne do wybuchu pandemii mogą pojawiać się.

Biologia rezerwuarów

Rezerwuarze ptaków skrzydłowych

Ptaki skrzydłowe są nieproporcjonalnymi rezerwuarzami wirusów o potencjałowi pandemii ludzkiej—zawierają linie wirusów koronaryjnych, filovirusów, henipahów i lyssavirusów. Systemy immunologiczne ptaków skrzydłowych tolerują wysokie ilości wirusów bez śmiertelnej choroby poprzez adaptacje ewolucyjne w tym stałe aktywowanie interferonu, ograniczone wyzwalanie inflammasomu NLRP3 zmniejszające patogenezy immunologiczne zainflamatorienne, i wysoka aktywność metabolyczna podczas latającej, co może dostarczać strategię tolerancji, a nie usuwania, imunitetu. Kolonie ptaków skrzydłowych tworzą okazje do powiększenia i diversyfikacji wirusów; migracja rozprowadza wirusy po dużych obszarach geograficznych. Koronaryjne wirusy powiązane z SARS krąży w populacjach Rhinolophus (ptak skrzydłowy kowadło) na wschodnim Azji, o genetycznej diversyfikacji znacznie wyższej niż jedna rasa spowodowała epidemię SARS.

Zoonozy przewożone przez nioski

Nioski arthropody—morscy, trzcinki, sandfly, kaczki—przekazują patogeny między rezerwuarzami zwierząt a ludzi. Morscy morscy Aedes aegypti przekazują wirusy Dengue, Zika, Chikungunya i Wirozy żółte; są doskonałym przygotowanymi do środowisk ludzkich, rosnąc w naczyniach z wodą urbanistyczną i wybierając krew ludzką. Zmiana klimatu rozszerza zakres Aedes aegypti północno w obu półkuliach, co zwiększa ryzyko geograficzne zoonoz przewożonych przez nioski. Chorybę od Ixodes (chorobę Lyme, encefalitochoroby trzcinkowe, wirus Powassana) rozszerzają się ze wzrostem populacji dzikich zwierząt i cieplejszych zim. Zrozumienie biologii niosków, kompetencji (zdolności do przekazywania konkretnych patogenów) oraz możliwości (liczba niosków × kompetencja) prowadzi do kontroli niosków i mapowania ryzyka.

Zakres gospodarza i adaptacja wirusowa

Powiązanie z receptorem i tropizm gospodarza

Powiązanie z receptorem komórkowym jest kluczowym czynnikiem wyznaczającym zakres gospodarza. Proteina Spike SARS-CoV-2 powiązuje się z ACE2 o większej siłowości niż SARS-CoV-1; porównania homologów ACE2 w różnych gatunkach przewidują czułość kotów, słońców, mink i dzikich dzikusów – potwierdzone naturalnymi i eksperymentalnymi infekcjami. Hemaglutynina H5N1 wirusa influencji ptakowej powiązuje się z aktywnymi jonowo-sianinami typu alpha-2,3 (dominanckie w trakcie oddechowym ptaków i dolnym trakcie oddechowym ludzi); hemaglutynina H5N1 influencji ludzkiej powiązuje się z aktywnymi jonowo-sianinami typu alpha-2,6 (dominanckie w górnych częściach traktu oddechowego ludzi). Nieefektywne przewodzenie między ludźmi H5N1 jest częściowo spowodowane preferencją powiązania receptora ograniczającą replikację do dolnego traktu oddechowego, z którego transmisja aerosolowa jest mniej efektywna.

Rekombinacja i przemieszczanie genów

Wirusy RNA o segmentowanych genomach (influenza, Bunyaviruses) podlegają przemieszczaniu genów – wymiana sekwencji genomowych, gdy dwie rasy infekują tę samą komórkę. Wirus pandemii 2009 H1N1 pochodzi z przemieszczania genów segmentów influencji ludzkiej, ptakowej i zwierzęcej skonstruowanych w populacji influencji IAV dzikusiej amerykańskiej. Przełożenie antigeniczne (wymiana sekwencji tworząca nowe kombinacje hemaglutynina-neuraminidasa, przeciwko którym większość ludzi nie ma odporności) jest mechanizmem generowania pandemii influencji, w przeciwieństwie do przełożenia antigenicznego (niewielkiej mutacji akumulującej się w istniejących hemaglutyninach i neuraminidazach). Monitorowanie segmentów influencji dzikusiej, ptakowej i koniowej kręcących się w pobliżu ludzkiego traktu oddechowego identyfikuje potencjalne wirusy przecedentowe pandemii, prowadzące do rozwoju szczepionek przecedentalnych.

Przygotowanie do pandemii

Przygotowanie do pandemii wymaga nadzoru na granicy ludzi i zwierząt (podchodzenie One Health), platform do szybkiej rozwoju szczepionek i leków, ramówk podatkowych koordynujących międzynarodową współpracę oraz komunikacji ryzyka. CEPI (Coalizione dla Innowacyjnych Rozwiązań na Epizemie) finansuje rozwój szczepionek dla priorytetowych patogenów i utrzymuje misję 100-dniową rozwijającą pierwszą szczepionkę GMP w ciągu 100 dni od identyfikacji patogenu. Podchodzenie prototype patogenowe rozwija szczepionki przeciwko reprezentatywnym rodzinom (szczepionki prototypowe z paliwa beta-korony) umożliwiająca szybkie dostosowanie się do nowych wybuchowych patogenów. WHO koordynuje globalny nadzór nad influencją, utrzymujący ciągłą charakterystykę typów w ciągu roku, co pozwala na formację szczepionek sezonowych i monitorowanie potencjalnych patogenów pandemii.

Przykłady i Zastosowania

Przykład 1: Badania pochodzenia SARS-CoV-2

Pochodzenie SARS-CoV-2 nadal jest przedmiotem debaty między przyrodniczym przekroczeniem barier (zakłócenia zanurzonego w nies:pointer

Spróbuj to na żywo

Wszystko powyżej działa w Twojej przeglądarce — otwórz Symulator Przekroczenia Barier Zoonotycznych i zmieniaj parametry podczas działania modelu. Nie ma niczego do zainstalowania, nie jest niczego przesyłane, cała modeliza live w jednym oknie.