对乌干达一个洞穴中的埃及果蝠进行全新基因组测序,为了解蝙蝠如何藏匿并传播致命病毒、自己却不生病提供了线索。
研究人员调查的是2008年的一起病例:一名来自科罗拉多州的44岁女性在乌干达进行为期2周的野外旅行后回到家中,出现剧烈头痛、寒战、恶心、呕吐和腹泻。随后又出现皮疹、腹痛、疲劳和意识混乱。
医生最终诊断她患有马尔堡病。这种病毒与埃博拉病毒同属一个家族,是感染人类的致命性最强病原体之一。这名游客很可能是在游览蟒蛇洞时,触摸了沾有蝙蝠粪便的岩石而感染。她幸存下来,但一名到过同一洞穴并感染该病毒的荷兰游客却没能活下来。
“这种传播过程中究竟发生了什么?动物长期携带病毒能得到什么好处……”
“埃及果蝠的基因组包含多个与哺乳动物免疫系统相关的基因家族,其规模远超预期。具体而言,研究人员发现,干扰素基因和自然杀伤细胞基因家族规模庞大,与其他哺乳动物的对应基因相比差异显著。
据《细胞》报道,这些发现最终或能帮助人们更深入地了解病毒传播,并为感染者带来更好的治疗方法。
“我们从蝙蝠身上学到的知识或许有助于开发药物制剂,”波士顿大学微生物学教授托马斯·凯普勒说。他与美国陆军传染病医学研究所(USAMRIID)的古斯塔沃·帕拉西奥斯共同担任这项研究的资深作者。
“更重要的是,这或许能帮助我们了解人畜共患传播——动物如何携带病毒而不出现症状,并将病毒传给人类。这种传播过程中究竟发生了什么?动物长期携带病毒、与病毒共同进化能得到什么好处,以至于病毒传到溢出宿主身上时会具有很强的毒力?”
致命载荷
凯普勒说,由于蝙蝠携带狂犬病病毒,病毒学家长期以来一直对蝙蝠很感兴趣。虽然蝙蝠有时会因感染狂犬病而生病,但这种病很少会致其死亡。
“因此,人们一直认为,蝙蝠与至少狂犬病病毒之间可能存在某种特殊关系。”
20世纪90年代,马来西亚暴发尼帕病毒疫情,数十万头猪因此死亡,科学家追查发现疫情源头是一只蝙蝠。凯普勒说:“从那时起,人们开始更加关注蝙蝠与病毒之间的关系。”如今已知蝙蝠携带多种致命病原体,包括马尔堡病毒和一种类似SARS的冠状病毒,并可通过咬伤或接触唾液、粪便或尿液传播疾病。
但科学家仍不清楚,蝙蝠究竟如何携带如此致命的疾病而自身不受其害。因此,美国疾病控制与预防中心病毒性特殊病原体部门的科学家乔纳森·汤纳决定调查乌干达那起马尔堡病致死病例所涉及的埃及果蝠群。他前往乌干达,捕捉了未感染的蝙蝠,并将它们带回美国疾病控制与预防中心。
在那里,科学家从一只蝙蝠体内提取DNA,并送往USAMRIID的同事处进行初步测序。USAMRIID的科学家随后将数据送到波士顿大学,数据最终交到了凯普勒实验室的医学博士/哲学博士生斯蒂芬妮·帕夫洛维奇手中。她是这篇新论文的第一作者。
基因组中的意外发现
帕夫洛维奇与她在USAMRIID的同事肖恩·洛维特耗时两年,才细致地完成基因组组装。随后,他们将埃及果蝠的基因组与其他哺乳动物的基因组进行比较,其中包括少数其他蝙蝠、人类和豚鼠。他们先进行了广泛比较,然后将重点放在已知与哺乳动物免疫系统相关的区域。
帕夫洛维奇说:“我们在寻找基因家族,看看它们是否比根据这种蝙蝠的进化史所预期的规模大得多或小得多。”他们还寻找存在“正向选择”证据的基因。正向选择是一种进化过程,会推动新的、有用的基因变异在种群中扩散。
“这让我们发现了一些在这种蝙蝠身上进化速度更快的基因,也发现了一些规模远超预期的基因家族。”
在“规模超出预期”的基因家族中,排名靠前的两个是I型干扰素基因和自然杀伤(NK)细胞受体。I型干扰素基因常被称为抵御病毒的“第一道防线”,并被认为与马尔堡病毒、埃博拉病毒等丝状病毒引起的疾病进程有关。
自然杀伤细胞是人体免疫系统的重要组成部分,能够迅速识别并应对受病毒感染的细胞。帕夫洛维奇说,在埃及果蝠身上发现这类细胞令人意外。
她说:“此前,人们研究过多种蝙蝠基因组,却一直没能找到任何传统的NK细胞受体。看到这些基因后,我们发现,蝙蝠确实有NK细胞受体,而且属于一个特殊的非典型群体。”
这促使她重新审视此前测序的蝙蝠基因组,并使用不同的工具,也在其中找到了自然杀伤细胞受体。
这些初步结果表明,蝙蝠免疫系统或许具有凯普勒所说的“温和保护”机制。“在蝙蝠身上,免疫激活与抑制交织得比大多数其他生物更为紧密。蝙蝠可能会在短时间内缓和病毒的活动,试图阻止病毒繁殖,却不发起全面攻击。这里面显然有些非常有意思的机制。”
研究人员指出,这些发现虽然引人关注,但只是迈向深入了解蝙蝠抵御致命病毒的特殊免疫能力的第一步。
帕夫洛维奇问道:“下一步要弄清楚的是:‘这些额外的基因究竟有没有作用?’”她目前正在微生物学副教授埃尔克·米尔伯格的实验室开展细胞系后续研究。“我想知道,拥有这么多基因是否有好处,还是它们只是碰巧存在。”
尊重蝙蝠
与此同时,科学家呼吁人们尊重蝙蝠,而不是将其消灭。他们指出,蝙蝠在生态系统中十分重要,而食虫蝙蝠会吞食数量惊人的蚊子。
帕夫洛维奇说:“还有证据表明,针对蝙蝠的私刑式行动实际上提高了某些蝙蝠物种携带病毒的比例。因此,我当然不赞成这种做法。”
这项研究得到了国防威胁降低局的支持。

