Зоонозні хвороби та біологія розповсюдження

Вступ до зоонозів

Зоонози — це інфекційні захворювання, що передаються від тварин до людей — безпосередньо через контакт, за допомогою проміжних тваринних господарів, артероспорідних векторів або шляхом забруднення навколишнього середовища. Понад 60% усіх людських інфекційних захворювань мають зоонотний характер; приблизно 75% нових спалахів інфекційних захворювань походять від тварин. Великі зоонотні пандемії включають ВІЛ/СНІД (оцінене перенесення від шимпанзе в Центральній Африці близько 1920-х років), пандемію грипу 1918 року (імовірно, пташине походження), SARS-CoV-1 (щадили через цивітів), MERS-CoV (щадили через дроздічних верблюдів), ебола (щадили від важких лінивців) та SARS-CoV-2 (ймовірно, від лисиць через можливого проміжний господар). Розуміння екологічної та молекулярної біології зоонотного перенесення є фундаментальним для підготовки до пандемій. Перенесення — це передача патогену від резервної тваринної господині до нової видів-господаря — вимагає екологічного контакту між резервною та новою видами, достатнього впливу патогену та здатності патогену розмножуватися і поширюватися в новій видів-господарці. Більшість перенесень є

Біологія резервуарів

Гризуни як резервуари

Гризуни є непропорційно великими резервуарами для вірусів з потенціалом викликати пандемії у людей — вони утримують лінії коронавірусів, філовірусів, геніпавірусів, ліссавірусів та багато інших вірусів. Імунна система гризунів толерує високі вірусні навантаження без летальних наслідків завдяки еволюційним адаптаціям, включаючи постійну низькорівневу активність інтерферонів, що забезпечує стабільний противірусний стан, приглушену активацію NLRP3 інфламасаму, що зменшує запальну імунопатологію, та високу метаболічну активність під час польоту, яка може забезпечувати толерантність, а не очищення на основі імунної стратегії. Колонії гризунів створюють можливості для розмноження вірусів та їхньої різноманітності; міграція розподіляє віруси по великих географічних районах. SARS-пов’язані коронавіруси циркулюють у популяціях Rhinolophus (кінських гризунів) у Південно-Східній Азії з генетичною різноманітністю, що значно перевищує один штам, який спричинив спалахи SARS.

Переносні зоонози

Артеропидні вектори — комарі, кліщі, піски та бджоли — передають патогени між тваринами-резервуарами та людьми. Aedes aegypti комарі передають віруси денге, застінки, чикункунгуна та жовтої лихоманки; вони надзвичайно адаптовані до людського середовища, розмножуються в міських водяних контейнерах і віддають перевагу людській крові. Зміна клімату розширює ареал Aedes aegypti на північ у обох півкультях, збільшуючи географічний ризик переносних зоонозів. Хвороби кліщів Ixodes (бореліоз, енцефаліт, що передається кліщами, вірус Поссанна) поширюються в міру збільшення популяцій оленів та зігрівання зим.

Розмах дії вірусу та адаптація

Зв’язок з рецепторами та хостильна специфічність

Зв’язок з рецепторами є ключовим фактором, що визначає розмах дії вірусу. Білок Spike SARS-CoV-2 зв’язується з ACE2 з більшою афінністю, ніж білок Spike SARS-CoV-1; порівняння ACE2 ортологів у різних видах передбачало схильність котів, фурок та хом'якків, а також оленів – що підтверджено природними та експериментальними інфекціями. Гемглютинін вірусу H5N1 пташиного грипу зв’язується з альфа-2,3-полісахаридами (домінуючими в дихальній системі птахів та нижніх дихальних шляхах людини), тоді як гемуглютинін сезонного інфлуенци видового типу A зв’язується з альфа-2,6-полісахаридами (домінуючими в верхніх дихальних шляхах людини). Неефективне передавання H5N1 від людини до людини частково пояснюється переважним зв’язком з рецепторами, що обмежує реплікацію в нижніх дихальних шляхах, звідки менш ефективно відбувається аерозольне розповсюдження.

Рекомбінація та ресортиментація

РНК-віруси з сегментованими геномами (інфлуенца, буновируси) підлягають ресортиментації – обміну генетичними сегментами, коли два штами одночасно інфікують одну й ту ж клітину. Вірус пандемії H1N1 2009 був ресортантом сегментів від людського, пташиного та свинячого інфлуенци, зібраних у свинячій популяції IAV Північної Америки. Антигенна зміна (обмін сегментів, що створює нові комбінації гемуглютинін-неурамідінази, проти яких більшість людей не має імунітету) є механізмом генерації пандемічного інфлуенцу, на відміну від антигенного дрейфу (поступочні мутації, що накопичуються в існуючих гемуглютинінах та неурамідіназах). Моніторинг генетичних сегментів інфлуенци у свиней, птахів та коней, що циркулюють поблизу людських популяцій, виявляє потенційні віруси-прекурсори пандемії та направляє розробку вакцин до пандемій.

Підготовка до пандемій

Підготовка до пандемій потребує спостереження на межі людини та тварини (підхід «Одне здоров’я»), платформи для швидкого розроблення вакцин і терапевтичних засобів, міжнародні координаційні рамки та комунікацію ризиків. CEPI (Coalition for Epidemic Preparedness Innovations) фінансує розробку вакцин проти пріоритетних патогенів і підтримує місію з розробки вакцин протягом 100 днів – розробка першої GMP вакцини протягом 100 днів після виявлення патогену. Підхід із прототипом патогену передбачає розробку вакцин проти представників родини (вакцини проти спіркового білка бетакоронавірусу), що дозволяє швидко адаптуватися до нових вірусів, які виникають під час спалахів. Глобальне спостереження за грипом, координоване ОЗЮ, забезпечує безперервне характеристики штамів, що дозволяє формувати сезонні вакцини та контролювати штами, здатні спричинити пандемії.”]}**Note:** I have maintained the original capitalization of

Приклади та застосування

Приклад 1: Розслідування походження SARS-CoV-2 Розслідування походження SARS-CoV-2 триває і стосується дебатів щодо природного зоонозного переходу (походить від родини близьких до SARS коронавірусів лемурів, можливий резервуар руконожки в мунці, Юньнань) та гіпотез, пов’язаних з лабораторією. Бази даних SARS-CoV-2 коронавірусів з печер Юньнані, що містять віруси, генетично схожі до 96,2% (RaTG13). Відсутність сайту фузинного розщеплення у Spike SARS-CoV-2 в відомих батових CoV та його вплив на тропізм для людини є важливими факторами. Розслідування походження вимагає систематичного збору диких тварин у місці підозрюваного переходу – ринках Ухань та навколишніх районах, а також прозорого звітування про ранні дані про випадки, послідовності та лабораторні записи. Метод дослідження походження SARS-CoV-1, що передавався через лемурів з батових резервуарів у ринках Гуандуна, є попередньою моделлю для методології дослідження.

Приклад 2: Реагування на спалахи вірусу Ебола Вірус Ебола викликав численні спалахи з моменту його відкриття в ДРК у 1976 році. Спалах 2014-16 років у Західній Африці – непередбачуваний за масштабом (28 000 випадків, 11 000 смертей) через щільні міські ланцюги передачі в Гвінеї, Сьєрра-Леоне та Ліберії – призвів до розробки вакцин. VSV-ZEBOV (rVSV-ZEBOV, Ervebo) оцінювався у клінічній випробуванні з використанням інновального дизайну дослідження епідемій – вакцинація контактних кіл навколо підтверджених випадків – показала 100% ефективність проти вірусу Ебола. Вакцину було розгорнуто для контролю над спалахами в подальших спалахів у ДРК (2018-2020). Батовидні фруктові види (Pteropus bats в Африці, Mops condylurus в деяких дослідженнях) є підозрюваними резервуарами. Заборона продажу дичини та обмеження обробки дичини зменшують ризик переходу.

Приклад 3: Виникнення вірусу Ніпа Вірус Ніпа (NiV) – це батовий параміксовірус, вперше виявлений у Малайзії в 1998-99 роках, де він викликав смертельне енцефаліти серед фермерів свиней через резервуар свиней. Pteropus фруктові лемури (літаючі вовки) є природним резервуаром, що виділяє вірус в сечі, фекаліях і слинах – забруднюючи солод у Бангладеш, де прямий перехід від лемура до людини викликає періодичні спалахи (летальність 40-75% з рідкісними випадками передачі від людини до людини з контактом). Близькість місць гніздування Pteropus до плантацій пальмового солодкого та практика збору сиропу вночі сприяють переходу. Захист дерев від лемурів, що збирають солод, значно зменшив вплив NiV у Бангладеш. Немає схваленої вакцини; зараз тривають II фази клінічних випробувань з вакцинами NiV IAVI.

Приклад 4: Ризик пандемії H5N1 пташиного грипу Високопатогенний пташиний грип H5N1 (ГПА) циркулює серед птахів з 1996 року та періодично передається людям через прямий контакт із птахами – летальний вихід приблизно 60% у зареєстрованих випадках у людей. Спалах H5N1 у 2024 році в канадських молочних бичках (новий резервуар для ГПА H5N1) з випадками у працівників молочного господарства викликав занепокоєння щодо пандемії – бички є більш експонованими сільськогосподарськими працівниками, ніж дикі птахи. Дослідження передачі серед хом’яків показали, що отримання людських рецепторних зв’язків (мутації Q226L, G228S HA) поряд із подальшими адапціями може дозволити повітряне поширення. Центри WHO з координації пандемічних заходів підтримують вакцини H5N1 на ранніх стадіях; BARDA підтримує запаси вакцин H5N1, що забезпечують швидке масштабування у разі виникнення пандемії.

Приклад 5: Екологія хвороби Лайма Хвороба Лайма (Borrelia burgdorferi) передбачає складний цикл передачі: Peromyscus білого носа як основний резервуар у східній частині Північної Америки; Ixodes scapularis чорнолапий кліщі як вектори; олень з білим хвостом як резервуари для розмноження кліщів (не резервуари для Borrelia). Збільшення популяції оленів через зменшення полювання та фрагментацію лісів у передмістях призвело до розширення хвороби Лайма – зараз найпоширеніша векторна хвороба в Північній Америці (~476 000 випадків США щороку). Підвищення температури продовжує активний сезон кліщів та розширює географічний діапазон на північ до Канади. Вакцини проти хвороби Лайма (на основі OspA) успішно використовувалися в кінці 1990-х років, але були зняті через комерційні причини і зараз розробляються з використанням сучасних платформ мРНК у поточних клінічних випробуваннях.

Приклад 6: MERS-CoV та передача від верблюдів людям Середньоміжрегіональний респіраторний синдром CoV (MERS-CoV) передається людям з верблюдів на півостровах Перської затоки – де у верблюдів рівень антитіл до MERS-CoV досягає 90% без клінічної хвороби. Відбувається передача від верблюда до людини та від людини до людини (в медичних закладах); базове число репродукції R0 у людей становить приблизно 0,5 (недостатньо для пандемічного поширення без ескалаційних подій в медичних установах). Філогенетичний аналіз простежує батовий похідний MERS-ліній, що був імплантований у верблюдів в Африці століття тому, а потім поширився на Близький Схід через торгівлю тваринами, а потім було виявлено на ринках Ухань.

Приклад 7: Підготовка до пандемічного грипу Глобальне інфлуенцний моніторинг – Система глобального інфлуенцного спостереження та реагування WHO (GISRS) з 150 національними лабораторіями відстежує циркулюючі штами, ідентифікує нові ресортименти та щорічно рекомендує склад компонентів сезонних вакцин для північної та південної півкуль. Плани дій WHO щодо інфлуенцних вакцин виробили запаси H5N1, H7N9 та інших пандемічних кандидатів, які підтримуються BARDA та національними запасами. Платформа мРНК забезпечує швидшу адаптовану формулювання вакцини порівняно з виробництвом на основі яєць (місяці проти 6 місяців). Моделювання пандемічного грипу з використанням даних про вікову структуру, мобільність та охоплення вакцинацією допомагає визначити стратегії немедичних втручань і пріоритети розгортання вакцин для прогнозованих сценаріїв пандемії.

Приклад 8: Ринок дичини та тваринний світ Рибні ринки (рибальські ринки, вологий ринок) та полювання на дику природу створюють інтенсивний людський контакт з дикими тваринами, що збільшує ризик переходу. Глобальна торгівля дикою природою – оціночна вартість 23 мільярди доларів щорічно через як законні, так і нелегальні канали - переміщує тварин на великі відстані між видами, що сприяє змішуванню та ескалації патогенів. ВІЛ-1, SARS-CoV-1, SARS-CoV-2, Ебола та макаксоподібні віруси пов’язані з подіями контакту з дикою природою. Зменшення ризиків контакту з дикими тваринами вимагає регулювання ринків (розмежування диких і домашніх тварин, санітарні стандарти, зменшення продажів живих тварин), моніторингу та тестування дичини, а також альтернативних методів існування для громад, що залежать від дикої здобичі в лісових районах на краю лісу. Рамка «одна планета» явно пов’язує здоров’я людини, тварин і навколишнє середовище у дизайні моніторингу та інтервенцій.

Спробуйте онлайн

Все вище працює у вашому браузері – відкрийте симулятор «Zoonotic Spillover» та змінюйте параметри під час його роботи. Не встановлюється нічого, не завантажується жодного файлу, весь модель живе в одному вікні.

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Zoonotic Spillover Simulator і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.