Sygdomsudfald varierer fra nye værtsarter i virusspild-eksperimenter

Hvorfor har SARS-CoV-2-virussen hærget den globale menneskelige befolkning, men mange andre dyrevira har ikke? Ved at bruge nematodeorme som model gennemførte forskere ved Penn State et sæt eksperimenter for at undersøge de faktorer, der påvirker sygdomsudfaldet af virusudslip. De fandt ud af, at værtens art har indflydelse på, om en virus vil tage fart i en ny population. For eksempel bliver nogle arter aldrig inficeret, mens andre bliver inficerede og nemt overfører virussen til andre individer inden for arten.

"Patogener smitter over på mennesker med en noget alarmerende frekvens, og et væld af fantastisk forskning er gået i at bestemme, hvor og hvornår afsmitning er mest sandsynlig," sagde David Kennedy, assisterende professor i biologi. "Men det er enormt udfordrende at eksperimentere med virusudslip i laboratoriet for at forstå sandsynligheden for, at en virus kan overføres i en ny vært, især med den replikation, der er nødvendig for at opnå videnskabelig indsigt."

Clara Shaw, en postdoktor ved Penn State, som starter en ny stilling i januar som adjunkt ved University of Minnesota Duluth, bemærkede, at orme er et stærkt eksperimentelt system.

"Du kan have en hel population af værter i en enkelt petriskål, og du kan passe 50 replikerede populationer i et rum på størrelse med en skoæske," sagde Shaw. "Dette ormevirussystem kan give mulighed for den omhyggelige undersøgelse, der er nødvendig for at informere, hvilke afsmittende hændelser der sandsynligvis vil blive den næste COVID-19, og hvilke der er mindre bekymrende for menneskers og dyrs sundhed."

For at udføre deres undersøgelse, som blev offentliggjort 21. september i Proceedings of the Royal Society B , brugte forskerne arter af nematodeorme fra slægten Caenorhabditis. En af disse - Caenorhabditis elegans (C. elegans) - bruges almindeligvis i andre typer biologiske eksperimenter.

For først at afgøre, om slægten Caenorhabditis ville være et nyttigt system til at studere økologien og evolutionen af ​​virusværtsspring, undersøgte holdet 44 arter af Caenorhabditis modtagelighed for infektion med Orsay-virussen, en virus, der vides at inficere den velundersøgte C. elegans arter, men ikke dokumenteret at forekomme i andre arter. De anbragte små mængder af virussen på petriskålsplader med populationer af forskellige Caenorhabditis-arter for at se, om virussen kunne replikere. Af de 44 testede arter var 14 arter modtagelige for Orsay-virus.

Ved at bruge disse 14 arter af modtagelige orme vurderede holdet derefter, om disse arter var i stand til at overføre virussen ved at transplantere en undergruppe af virus-eksponerede orme til virusfrit levested for at reproducere og potentielt overføre virus til afkom. Denne proces blev gentaget for at bestemme, hvor længe virussen var i stand til at vare ved, og om den var i stand til at fortsætte på ubestemt tid.

"Vi viste, at i denne ene slægt viste forskellige værtsarter hele rækken af ​​mulige resultater efter eksponering for et nyt patogen," siger Kennedy.

"Nogle blev aldrig inficeret; nogle blev smittet, men var ude af stand til at overføre virussen; nogle blev inficerede og overførte virussen i niveauer så lave, at patogenet til sidst døde ud; og nogle blev inficeret og overførte virussen godt nok til at opretholde virussen på ubestemt tid. Dette er det råmateriale, der er nødvendigt for at besvare spørgsmålet om, hvorfor nogle afsmittende hændelser fører til værtsspring og nye sygdomme, mens andre bare suser ud af sig selv uden nogen udefrakommende indgriben."

Specifikt fandt teamet ud af, at værtsarter, der var tættere beslægtet med C. elegans - den oprindelige vært for virussen - var mere modtagelige for infektion, og værter, der var tæt beslægtede med hinanden, havde mere lignende modtagelighed uanset deres forhold til C. elegans .

"Disse mønstre i modtagelighed kan skyldes det faktum, at nært beslægtede værter sandsynligvis har lignende receptorer for virustilknytning, lignende miljøer inden for værten for virus at navigere og lignende forsvar mod vira," siger Shaw.

Kennedy bemærkede, at uden et godt modelsystem til at studere virusudslip, har det været udfordrende at forstå, hvilke faktorer der letter nye epidemier, og hvordan udviklingen skrider frem i nye patogener.

Han siger, at "disse orme ikke kun kan bruges til at undersøge, hvordan økologi påvirker afsmitning og fremkomst, men også til bedre at forstå, hvordan og hvorfor afsmitnings- og fremkomstmønstre kan variere på tværs af værter." + Udforsk yderligere

Hvordan springer sygdomme fra en art til en anden?