Как планктон раскрывает секреты предотвращения пандемий
Первоначальный иммунный ответ организма-хозяина играет ключевую роль в определении того, произойдет ли заражение и насколько широко оно распространится в популяции. Это справедливо как для планктона, подверженного паразитам, так и для людей, подверженных патогенам, согласно новому исследованию Университета Колорадо в Боулдере.
Результаты, опубликованные 13 мая в The American Naturalist, дают ценное понимание для изучения и предотвращения передачи болезней внутри видов и между ними. Иммунный ответ зараженного организма — это важная переменная, которую необходимо учитывать при прогнозировании событий: от заражения людей паразитическими плоскими червями через улиток в развивающихся странах до зоонозных «перескоков» патогенов от млекопитающих и насекомых к людям, которые вызвали глобальные пандемии, такие как COVID-19 и вирус Западного Нила.
«Одна из самых больших закономерностей, которую мы наблюдаем в экологии болезней и эпидемиологии, заключается в том, что не все хозяева одинаковы», — заявила Тара Стюарт Меррилл, ведущий автор статьи. — «В исследованиях инфекционных заболеваний мы хотим включить иммунитет хозяина в наше понимание того, как болезнь распространяется».
Беспозвоночные часто являются переносчиками болезней, то есть могут передавать инфекционные патогены между людьми или от животных людям. На трансмиссивные болезни, такие как малярия, приходится почти 20% всех инфекционных заболеваний в мире, и они ежегодно становятся причиной более 700 000 смертей.
Однако в эпидемиологических исследованиях редко учитывается иммунитет и выздоровление у беспозвоночных, которые являются переносчиками болезней человека. Предполагается, что после контакта с патогеном беспозвоночный хозяин обязательно заразится.
Но что, если беспозвоночные могут бороться с этими болезнями и разорвать цепь их передачи людям?
Наблюдая за крошечным видом зоопланктона (Daphnia dentifera) на протяжении всего его жизненного цикла и при контакте с грибковым паразитом (Metschnikowia bicuspidata), исследователи увидели этот потенциал в действии. Некоторые особи планктона успешно предотвращали проникновение грибковых спор в свой организм, а другие избавлялись от инфекции в течение ограниченного промежутка времени после проглатывания спор.
«Наши результаты показывают, что существуют несколько защитных механизмов, которые беспозвоночные могут использовать для снижения вероятности заражения, и что нам действительно необходимо понимать эти иммунные защиты, чтобы понимать закономерности инфекций», — сказала Стюарт Меррилл.
Неожиданное выздоровление
Исследователи разработали простую вероятностную модель для оценки иммунитета хозяина, основанную на наблюдениях за индивидуальными исходами инфекции у планктона. Эта модель применима к различным природным системам и имеет важное значение для болезней, передаваемых человеку беспозвоночными.
«Когда иммунные реакции эффективны, они действуют как фильтр, снижающий передачу, — пояснила Стюарт Меррилл. — Но любое изменение окружающей среды, которое ослабляет иммунитет, может фактически усилить передачу, потому что позволит всему воздействию пройти и в конечном итоге стать заразным».
Эта модель также применима к COVID-19, поскольку исследования показали, что не все хозяева одинаково передают коронавирус, и контакт с патогеном не определяет напрямую заражение.
Понимание профилактики заражения
Лучшее понимание инфекций у простых животных, таких как планктон, можно применить к беспозвоночным, имеющим значение для здоровья человека.
Шистосомы (паразитические плоские черви) служат одним из примеров. Они вызывают шистосомоз, от которого страдают около 200 миллионов человек в Африке, Юго-Восточной Азии, а также Южной и Центральной Америке. ВОЗ считает его второй по социально-экономическому разрушительности паразитарной болезнью после малярии.
Это лишь одно из многих забытых тропических заболеваний, передаваемых людям такими беспозвоночными хозяевами, как улитки, комары и мошки. Понимание того, как сами переносчики (например, улитки для шистосом) сопротивляются или поддаются инфекции, может помочь разорвать цепь передачи людям.
«Нам действительно нужно работать над пониманием профилактики заражения и оценки этого риска, а не только над поиском лекарств от инфекции», — сказала Стюарт Меррилл.
Хорошая новость заключается в том, что мы можем учиться у тех же беспозвоночных, которые нас заражают. У беспозвоночных хозяев, которые страдают или умирают от своих инфекций, есть стимул научиться формировать иммунный ответ и бороться. Некоторые улитки даже продемонстрировали способность сохранять иммунологическую память.
«Если мы сможем лучше понять, как окружающая среда формирует эти защитные механизмы, мы сможем прогнозировать, как будущие изменения окружающей среды могут усилить или снизить риск передачи людям», — заключила Стюарт Меррилл.