Никто еще точно не знает точного происхождения недавно признанного коронавируса, теперь известного как 2019-нКоВ, который в настоящее время распространяется по всему миру как респираторный патоген человека. Ранние сообщения указывают на то, что источником вируса был рынок морепродуктов Huanan в Ухане, Китай , где эклектичная смесь животных, включая грызунов, кроликов, летучих мышей и других диких животных и морепродуктов, выставлена для потребления и в контакте с людьми-покупателями.
За последние два десятилетия в мире возникли многочисленные угрозы пандемии , в том числе птичий грипп ( птичий грипп H5N1 ), ОРВИ, лихорадка Эбола, респираторный синдром на Ближнем Востоке, чикунгунья, Зика и теперь новый коронавирус из Ухани. Вирусы, вызывающие эти заболевания, и, в действительности, примерно две трети всех недавно появившихся вирусов , происходят от животных до того, как они прыгают на человека.
Каждое из этих событий подчеркивает, что во время вспышки играют роль несколько частей экосистемы. Например, дикие летучие мыши и грызуны несут в себе многочисленные вирусы , которые могут заразить людей и животных. Когда эти дикие животные извлекаются из их естественной среды обитания и вступают в тесный контакт с людьми, очень редкие случаи передачи становятся гораздо более вероятными.
Эти скачки патогенов сложны. Они могут возникать в результате прямого контакта, потребления мяса диких животных или передачи насекомыми-переносчиками, которые переносят микробы среди различных видов. А целый ряд условий окружающей среды, таких как температура, влажность, солнечный свет и даже сезонные дожди и условия почвы, могут влиять на передачу.
Несмотря на сложность мира природы, исследовательский подход к пониманию того, как потенциально пандемические патогены и их животные и человеческие организмы взаимодействуют, был относительно простым. Ученые обычно сосредотачиваются на одном виде одновременно, изученном в условиях постоянной температуры, влажности и воздушного потока. Эта стратегия явно помогла исследователям понять процессы инфекционных заболеваний.
Но, как биологи , мы считаем, что более четкое признание сложности природного мира обеспечит более четкое понимание возникающих инфекционных заболеваний. Мы создали в лаборатории то, что мы называем «искусственными экосистемами », чтобы имитировать сложные условия в реальном мире. Они помогают нам собрать новое понимание того, как вирусы и другие патогенные микроорганизмы на самом деле становятся глобальными угрозами.
Реконструкция рынков животных и скотных дворов
Несомненно, патогенные микроорганизмы редко прыгают прямо с животных в природе на людей. Но на рынках, подобных рынку в Ухани, существуют многочисленные возможности для такого типа взаимодействий, которые способствуют передаче патогенных микроорганизмов между видами.
Чтобы имитировать эти сценарии, мы создали искусственные экосистемы в нашей лаборатории. Таким образом, мы можем изучать передачу и распространение патогенных микроорганизмов, таких как вирусы гриппа, среди различных групп птиц и млекопитающих, которые все живут вместе и свободно взаимодействуют.
Поскольку патогенные микроорганизмы, которые мы изучаем, потенциально смертельны и заразны, мы должны быть очень осторожны, чтобы они не могли сбежать из лаборатории. Мы создаем наши экосистемы в строгих условиях биоконтроля: весь отработанный воздух фильтруется, и персонал использует респираторы, одежду для одежды и душ перед выходом.
Для наших исследований с птичьим гриппом мы создали искусственные скотные дворы, в которых размещались утки, куры, голуби, черные дрозды и крысы. Они свободно общались друг с другом, делясь доступом к общему корму и воде. Как это происходит на настоящих скотных дворах, крыс никогда не видели вне их закрытых гнезд в дневное время, хотя видеозаписи показали, что они прыгают по комнате, купаются в бассейне с водой и беспокоят уток в темноте. Затем мы ввели небольшое количество зараженных уток в комнату и наблюдали, как распространяется инфекция.
В другом случае мы исследовали передачу другого вируса птичьего гриппа среди цыплят, перепелов, фазанов и кроликов в клетках, как на рынке живых животных. Кроме того, воробьи и голуби были свободно в комнате и могли взаимодействовать с животными в клетках. Как и ожидалось, птицы, находящиеся под зараженными вирусом, с большей вероятностью будут заражены, поскольку отходы спускаются вниз. Перепела были наиболее подвержены заражению.
Ключевые открытия появились благодаря нашему искусственному экосистемному подходу. Например, нам удалось показать, что вирусы птичьего гриппа передаются между различными птицами и млекопитающими, свободно взаимодействуя друг с другом на искусственном скотном дворе или искусственном рынке живых животных. Мы обнаружили, что в общих источниках воды происходит массовое накопление вируса .
Совсем недавно мы создали еще более сложные искусственные экосистемы, которые позволяют нам модулировать температуру и влажность. Мы можем даже наложить дождь и ветер на экосистему, что позволит нам оценить условия окружающей среды, способствующие передаче вируса .
Уроки изнутри искусственных экосистем
Несмотря на известную сложность такого рода взаимодействий в реальном мире, более типично изучать появляющиеся патогены, сосредотачиваясь на инфекции в одном виде за один раз. Отчасти это связано с регулирующими процессами, в соответствии с которыми диагностика или вакцины утверждаются. Они требуют окончательной демонстрации безопасности и эффективности на отдельных моделях животных.
Мы надеемся, что этот новый подход может способствовать более реалистичному пониманию того, как патогенные микроорганизмы передаются между видами, включая прыжки в человеческие популяции, и будет способствовать разработке новых диагностических тестов, вакцин или терапевтических средств.
Наш экосистемный метод соответствует так называемому подходу « единого здоровья» к общественному здравоохранению. Единое здоровье основано на концепции, что здоровье человека неразрывно связано со здоровьем животных и окружающей среды. Понимание инфекции в естественных хозяевах в смешанных экосистемах, которые имитируют реальные сценарии передачи, имеет решающее значение для разработки методов контроля заболеваний.