Летучие мыши, вторжение в природу и новые пандемии

Print PDF

Рост числа вспышек заболеваний в мире (частью следующий из связи между ним и разрушением природных биомов, описанным в статье), по декадам (абсцисса). А. Общий, Б. Зоонозы/специфичные для челвека, В. Переносимые (сверху вниз) грибами/гельминтами и пр. паразитами/простейшими/вирусами/бактериями. Г. Трансмиссивные/нетрансмиссивные. Источник

Обзор Аллы Лосевой

Часть 1

Истоки пандемии нового коронавируса принято видеть в контакте с заражёнными животными на рынке в Ухане. Но подобные рынки – далеко не единственное место, где носители опасных вирусов встречаются с людьми и другими животными, не имеющими иммунитета к таким инфекциям. Контакты людей с новыми вирусами и, соответственно, вспышки заболеваний связываются, в том числе, с «растущим вторжением человека в дикую природу, изменением ландшафтов». Что именно стоит за этими словами? Как вмешательство людей в природу влияет на появление новых пандемий?

Результаты поиска разбиваются на блоки в соответствии с основными группами вирусов, переносчиками которых являются летучие мыши. Помимо вирусов бешенства и гриппа, это коронавирусы, вызывающие острые респираторные синдромы; филовирусы, такие как Эбола и Марбург, вызывающие геморрагическую лихорадку; и генипавирусы, такие как Хендра и Нипах, приводящие к опасному энцефалиту.

Оказалось, что дискуссия про воздействие человека на природу и про следующее за этим распространение новых вирусов уже давно идёт в научной литературе – в связи с генипавирусами.

С точки зрения передачи вируса, важная разница в том, что коронавирусы живут в летучих мышах, тогда как генипавирусы распространяются крыланами, или летучими лисицами (Рисунок 1). Это два разных подотряда отряда рукокрылых. Отличаются они, в частности, размером и рационом. Летучие мыши – небольшие и в основном насекомоядные, хотя среди них встречаются и хищники, и вампиры. Летучие лисицы в размахе крыльев достигают полутора метров, а питаются фруктами, нектаром, пыльцой и реже – насекомыми. (Запомним отличия в рационе, поскольку пища – это важный канал распространения инфекций.)

Рисунок 1. Летучая лисица и летучая мышь. Седоголовая летучая лисица Pteropus poliocephalus. Обитает в Австралии. Источник

Подковонос Хильдебрандта Rhinolophus hildebrandtii. Обитает в Кении. Источник

В обзоре мы используем термин «рукокрылые» и более распространённое название «летучие мыши» как равнозначные.

Когда речь будет заходить о крыланах или специфических видах летучих мышей, мы будем отмечать это отдельно.

В основном мы будем обсуждать случаи распространения генипавирусов, которые переносятся крыланами. Там, где это уместно, мы также привлекаем примеры эболавирусов и коронавирусов. Все они обладают пандемическим потенциалом (Luby 2013; Simons et al. 2014). Вызываемые ими заболевания характеризуются высокой смертностью: для энцефалита от вируса Нипах это 40–75% (Singh et al. 2019), для лихорадки Эбола в среднем 50%, а в прошлом – до 90% (Ebola Virus Disease).

 Почему всё внимание приковано именно к летучим мышам?

В науке ведётся спор о том, являются ли летучие мыши «исключительными» переносчиками вируса. Одна сторона дискуссии утверждает, что людей наиболее часто инфицируют определённые виды животных, в том числе рукокрылые (Luis et al. 2013). Иными словами, на один вид летучих мышей приходится сравнительно больше зоонозных инфекций, чем на один вид любых других животных.

Оппоненты этой гипотезы считают, что все животные распространяют вирусы в равной степени активно. Различается только видовое разнообразие животных, а вместе с этим – разнообразие переносимых вирусов. Чем больше существует видов какого-то животного и, соответственно, чем больше различных вирусов этот тип животного переносит, тем больше вероятность, что какой-то из вирусов от этой группы животных перекинется на людей.

Именно вторую точку зрения подтверждает апрельская публикация Mollentze and Streicker (2020), основанная на наиболее полном на сегодня массиве данных о связи вирусов и их носителей. Согласно исследованию, рукокрылые почти не отличаются от других животных в том, с какой частотой они передают человеку вирусы определённого типа (за исключением вируса бешенства). Опасность, которую несут животные-переносчики, это статистическая закономерность:

Чем больше существует видов одного животного, тем больше разных вирусов эти животные переносят, и, соответственно, тем больше вирусов передаётся от них людям. Летучие мыши – не исключение.

Рисунок 2. Разнообразие видов и число переданных человеку вирусов, для каждой группы животных-переносчиков. Ось X: (1) количество видов животных (логарифмировано); (2) количество видов вируса. Ось Y: (1) влияние на количество передавшихся человеку видов вируса; (2) количество передавшихся человеку видов вируса. Показаны линии частичного эффекта/регрессии и 95%-ный доверительный интервал. Заметно, что точка, соответствующая летучим мышам, на обоих графиках входит в доверительный интервал или расположена близко к нему. Если бы рукокрылые передавали человеку непропорционально много вирусов, эта точка располагалась бы намного выше на графике, указывая на значительное отклонение от общей закономерности. Источник: Mollentze and Streicker (2020). Показана линия частного эффекта модели

Показана линия регрессии
(R2 = 0.88, P < 0.001)

Хотя летучие мыши, по-видимому, не исключительны в смысле передачи вируса человеку, с физиологической и экологической точек зрения они необыкновенно предрасположены к переносу вирусов. У рукокрылых очень сильная иммунная система, предположительно, связанная с их уникальной среди млекопитающих способностью к длительному полёту (O’Shea et al. 2014). Поэтому вирусы, попадая в их организм, обычно не вызывают заражения и болезни, а генипавирусы, вероятно, даже почти не реплицируются – то есть редко размножаются, поражая новые клетки (Halpin et al. 2011). При этом инфекции остаются в организме, не проявляясь.

Кроме того, рукокрылые спят в пещерах, где иногда собираются тысячи особей разных видов, и если кто-то из них болеет, то заразиться могут очень много мышей. Тем более, что в пещерах мыши живут очень плотно, нависая друг над другом и, соответственно, орошая друг друга заражёнными биологическими жидкостями. В такой опасной среде каждый отдельный контакт с вирусом редко приводит к заражению, однако когда очень многие особи распространяют вирус, шанс заразиться возрастает многократно (Plowright et al. 2015).

В свою очередь, вирусы в ходе эволюции адаптировались к сильным иммунным защитам рукокрылых (см. обзор в Calisher et al. 2006). Бытует гипотеза, хотя и не проверенная экспериментально, что в силу такой адаптации инфекция оказывается очень серьёзной и даже смертельной, когда передаётся от летучих мышей другим переносчикам или человеку (Luis et al. 2013).

Почему летучие мыши не слишком часто заражают человека?

Чтобы сохраняться в популяции, вирус должен (1) реплицироваться в организме носителя, (2) покидать этот организм и (3) подхватываться другими переносчиками. В норме сильная иммунная система рукокрылых подавляет само размножение вируса, а также его выпускание в биологические жидкости. Даже в лабораторных условиях, когда крыланов инфицировали генипавирусом, инфекция проявлялась слабо: так, в эксперименте, где 20 летучих мышей искусственно заразили вирусом, только у одной он обнаружился в биологических жидкостях (Halpin et al. 2011). Исходя из этого, исследователи полагают, что

распространение вируса происходит только тогда, когда иммунитет летучей мыши ослаблен в силу внешних или внутренних стрессоров. Тогда в слюне и других биологических жидкостях животного действительно может находиться вирус.

В период, когда крыланы дают потомство, их околоплодные воды могут оставаться на траве пастбищ (Plowright et al. 2015). При этом лошади тоже могут давать потомство в этот период, и их иммунитет будет особо восприимчив к вирусам. Вирус Эбола часто распространяется в сухой сезон, когда и обезьяны, и крыланы голодны. Они соперничают за немногочисленные фрукты и доедают друг за другом, либо просто чаще встречаются (Plowright et al. 2015).

Вспышки вируса Нипах наблюдаются в Бангладеш с января по май, когда поспевают фрукты и крыланы прилетают ближе к поселениям, чтобы питаться (Luby et al. 2006). Следы слюны или испражнений больных крыланов могут тогда оставаться на фруктах. Также крыланы прилетают к местам сбора сока финиковой пальмы и пьют его, а после этого его пьют люди и заражаются (Luby et al. 2006; Rahman et al. 2011).

Передача вируса зависит не только от того, в какой степени его распространяют рукокрылые, но и от восприимчивости к нему других животных-переносчиков и человека, а также от условий внешней среды. Это можно называть эпидемиологической триадой: вирус – носитель – среда.

Рисунок 3. Эпидемиологическая триада: вирус – носитель – среда Источник: Aryal (2019).

Итак, на распространение эпидемии могут повлиять факторы разного масштаба и времени воздействия: от мутации вируса внутри носителя до изменения системы землепользования. Plowright et al. (2015) выделяют последовательность событий, которые запускают передачу вируса и эпидемию:

1. Имеются потенциальные носители вируса (например, сами рукокрылые);
2. Потенциальные носители заражены;
3. Носители распространяют вирус;
4. Вирус выживает вне организма носителя;
5. Другие животные и люди сталкиваются с вирусом в достаточном количестве;
6. Другие животные и люди уязвимы к вирусу.

Обратите внимание, что на некоторых этапах задействованы сразу несколько составляющих эпидемиологической триады. Например, как мы уже заметили, распространение вируса зависит и от состояния организма носителя, и от окружающей среды. При этом каждый следующий этап чувствителен к «успеху» предыдущего. На развитие эпидемии оказывают влияние события разного масштаба. На любом этапе распространение вируса можно прекратить – или усугубить.

Публикации дробятся на шесть основных кластеров:

• фиолетовый, сверху: крыланы и генипавирусы (напр., вирус Нипах, вирус Хендра),
• жёлтый, слева по центру: крыланы и филовирусы (напр., Эбола, Марбургский вирус),
• цвета морской волны, слева внизу: летучие мыши и коронавирусы (напр., вызвавшие эпидемии у людей SARS-CoV и MERS-CoV, поражающий свиней SADS-CoV),
• голубой, по центру: вирусы гриппа А и другие вирусы,
• оранжевый, справа внизу: «синдром белого носа» и паразиты у летучих мышей,
• серый, справа: бешенство и другие лиссавирусы.

Рисунок 4. Карта библиографического сходства публикаций о летучих мышах как переносчиках инфекций. Цвет присвоен узлам в соответствии с автоматически выделенными кластерами. Связи означают, что в библиографиях публикаций есть одинаковые документы. Близость на карте и принадлежность к одному кластеру отражают вероятность, что в работах поднимаются схожие темы. Размер узла соответствует количеству цитирования публикации по данным Scopus. На карте отображены только связанные друг с другом документы (N = 2634).

В фиолетовом кластере располагается самая цитируемая публикация во всей карте, тематически принадлежащая кластеру про коронавирусы (Li et al. 2005). В ней на основании результатов генетического анализа показано, что вызвавший эпидемию 2003 года вирус SARS-CoV – только один из видов коронавируса, которые существуют в летучих мышах. Именно эта публикация доказала, что животные под названием циветы не были первоначальными источниками вируса SARS-CoV, также заразившись от летучих мышей.

Научно-популярные статьи

 Часть 2.

В последние 40 лет исчезло около трети лесного массива Юго-Восточной Азии. Тропические леса вырубали на древесину, под сельскохозяйственные земли и стихийное расширение городов (Afelt, Frutos, and Devaux 2018). Вместо лесных территорий появляются дома, амбары, огороды, фермы, сады и перелески разной плотности. Иногда по соседству с животноводческой фермой организуют фруктовый сад – это ещё один источник дохода для фермеров, к тому же деревья создают тень.

Оставшийся после вырубки лес называется фрагментированным, то есть разбитым на сравнительно небольшие изолированные участки. Один из типов фрагментации – так называемая перфорация леса (Рисунок 1).

Рисунок 1. «Перфорированный» лес в Новой Англии, США. Источник

Вспомним теперь, что генипавирус Нипах, вызывающий у человека опасный энцефалит, так же как и коронавирусы SARS-CoV и SARS-CoV-2, вирус нынешней пандемии, перескочили на человека от животных именно в Азии. Филовирус Эбола, который вызывает геморрагическую лихорадку и в половине случаев летальный исход, распространился на человека в Западной Африке (Рисунок 2). И переносчиками всех этих вирусов являются летучие мыши. Как показывают исследования, это не просто совпадение.

Рисунок 2. Фрагментация лесов в Центральной (а, b) и Западной Африке (c, d) Верхние изображения показывают ситуацию на 2000 год, нижние – на 2014-й. Тёмно-зелёным цветом отмечены нетронутые лесные массивы. Жёлтая окраска на карте обозначает край леса. Оранжевый цвет (особенно заметен на изображении b) соответствует зонам перфорированного леса. Жёлтыми треугольниками на карте обозначены первые выявленные случаи заражения человека вирусом Эбола, после которых начинались вспышки вируса с 2004 по 2014 годы. Эти первые случаи вызваны передачей вируса от животных человеку, и большинство из них произошло в зонах растущей фрагментации леса. Источник: Rulli et al. (2017).

Когда вырубают лес, среда обитания рукокрылых истощается. Их иммунитет снижается из-за нехватки питания и необходимости подолгу искать еду – а, как мы помним, именно в таком состоянии летучие мыши начинают распространять инфекции. Обустроенные человеком зоны внутри и на границе леса привлекают разнообразных летучих мышей. В фруктовых садах и на пальмовых плантациях находят пищу плодоядные крыланы. На свет жилищ слетаются насекомые, которые привлекают насекомоядных летучих мышей, а привыкшие жить в пещерах виды рукокрылых перемещаются в заброшенные дома и амбары (Plowright et al. 2015; Afelt et al. 2018).

Мы обычно думаем, что из-за вырубки лесов некоторые виды животных просто вымирают. Это не всегда так. Рукокрылые, лишённые места обитания и источника пищи, ищут их везде, в том числе рядом с людьми. Разнообразная застройка бывших лесных территорий только способствует разнообразию вирусов в непосредственной близости к человеку.

Есть и другая версия того, почему именно в те годы вирус Нипах был занесён на фермы. Именно тогда из-за подсечно-огневого способа вырубки леса Юго-Восточную Азию накрыл густой смог. На это наложилась засуха из-за температурной аномалии Эль-Ниньо, и в результате оставшиеся деревья очень мало плодоносили. Поэтому в поисках пропитания на север устремились ранее туда не залетавшие виды крыланов, которые и заразили фруктовые деревья малазийских ферм (Chua, Chua, and Wang 2002).

Впоследствии, однако, выяснилось, что случаи заражения наблюдались ещё до установления смога и засухи (Pulliam et al. 2012). Поэтому можно считать, что вирус распространился не от мигрирующих, а от местных крыланов, а Эль-Ниньо усугубило возникающую эпидемию – но вызвала её вырубка лесов и нехватка питания у рукокрылых.

На Рисунке 3 отражены ранее упомянутые пути передачи вируса Нипах:

1. Крыланы – естественные носители вируса – пьют сок финиковой пальмы и оставляют в нём капли биологических жидкостей.
2. Сок пальмы продают или оставляют бродить – но не подвергают обеззараживающей тепловой обработке.
3. Традиционно, сок пьют в первые несколько часов после сбора. Так или иначе, в среде, насыщенной сахаром, вирус выживает достаточно долго и передаётся человеку.
4. Крыланы прилетают к плодовым деревьям, расположенным рядом со свинофермой. Они едят фрукты, оставляя на них биологические жидкости.
5. Недоеденные фрукты падают на землю, где их подбирают и заражаются свиньи и другие животные.
6. Заразившихся свиней забивают и/или продают.
7. Человек ест заражённую свинину.
8. При близком контакте вирус Нипах может передаваться от человека к человеку. (Есть гипотеза, что от человека к человеку передаются не все штаммы вируса. Тем не менее, недавние эпидемии в Бангладеш и Индии показали некоторое число заражений от больных людей. См. Singh et al. 2019.)

Рисунок 3. Пути передачи вируса Нипах. Источник: Singh et al. (2019).

Итак, наиболее важным следствием вырубки лесов становится учащение контактов рукокрылых с домашними животными и людьми. В случае коронавируса MERS-CoV и вызванной им эпидемии ближневосточного респираторного синдрома, передача вируса человеку впервые произошла не в тропической зоне фрагментированного леса, а при контакте с верблюдами (а верблюды, вероятно, подхватили вирус от гладконосых летучих мышей). Однако вирус также был найден у другого вида мышей, футлярохвостых, которые жили в руинах домов. Инфекцию могли разносить и другие домашние животные, контактировавшие с летучими мышами (Afelt, Frutos, and Devaux, 2018).

Где начнутся будущие пандемии?

По-видимому, в Юго-Восточной Азии, где темпы вырубки лесов самые высокие в мире, пригородные территории и дальше будут привлекательны для летучих мышей. При этом в регионе рождается больше всего людей, а санитарные условия остаются плохими. Afelt, Frutos, and Devaux (2018) считают, что именно из-за этого новые инфекционные заболевания, скорее всего, зародятся или возродятся в Азии.

К примеру, у того же вируса Нипах есть пандемический потенциал (Luby 2013). Он способен иногда передаваться от человека к человеку (Paul 2018). Он является РНК-содержащим вирусом (как и коронавирусы), что, в частности, говорит о его способности легко мутировать, адаптируясь к организму носителей. От него ещё нет ни вакцин, ни эффективных противовирусных средств (Sharma et al. 2019). В случае, если вирус адаптируется к передаче между людьми, из-за высокой плотности населения и объёма туристических потоков он может быстро распространиться по миру.

Другие исследователи говорят не только об Азии. Например, Simons et al. (2014) полагают, что Марбургский вирус может выйти за пределы Африки. Такие же выводы можно сделать и для известных вирусов Эбола в Африке и Хендра в Австралии.

Безусловно, известные нам вирусы – не единственные потенциально опасные для человечества. По разным оценкам, есть от 10 до 500 тысяч ещё не изученных инфекций, которые переносятся млекопитающими в дикой природе и при определённых условиях могут перекинуться на людей (Carlson et al. 2019).

Есть и систематические исследования того, какие территории с наибольшей вероятностью станут родиной новых эпидемий. Allen et al. (2017) на основании модели предсказывают, как распределён относительный риск передачи инфекции от животных человеку. Как отмечают исследователи, в предыдущих подобных работах не до конца были разграничены эффекты от того, как человек воздействует на природу, как часто люди контактируют с дикими животными, как часто выявляются произошедшие случаи заражения, а также эффекты от любой комбинации этих факторов. Всё это было объединено в таком факторе, как плотность населения. Поэтому, например, Jones et al. (2008) предсказывают, что вероятность передачи вируса выше в регионах с высоким биоразнообразием и высокой плотностью населения.

Согласно Allen et al. (2017), риск распространения заболевания от животных выше в тропических лесах с высоким биоразнообразием, где происходят изменения в характере землепользования (Рисунок 4). Это несколько отличается от прежних предсказаний, поскольку новая модель использует более детальные факторы, а также уточняет способы измерить их значения. При этом авторы отмечают, что связь биоразнообразия и вероятности распространения заболеваний нелинейная, нерегулярная и зависит от контекста.

Рисунок 4. Карта относительного риска передачи инфекции от животных человеку Жёлтые оттенки отражают самый высокий относительный риск, фиолетовые – самый низкий. Чем ярче оттенок, тем сильнее относительный риск отклоняется от среднего значения в большую и меньшую сторону соответственно. Предсказанные риски просчитаны (а) без поправки на развитые системы отслеживания заражений; (b) с поправкой на такие системы. Поскольку модель обучена на данных об уже выявленных инфекциях, авторы вводят поправку, с помощью которой сглаживается эффект хорошо развитых исследовательских структур и систем выявления заболеваний. Заметно, что поправка смещает высокие относительные риски от крайне урбанизированных зон Европы и Северной Америки, где выявление инфекций хорошо налажено, к тропическим зонам Азии и Африки. Источник: Allen et al. (2017).

Недавно вышел препринт (исследование, ещё не прошедшее экспертную оценку), авторы которого включают в подобную предсказательную модель фактор изменения климата (Carlson et al. 2020). Поскольку из-за глобального потепления многие животные меняют ареал обитания, в разных точках земного шара встречаются такие виды, которые раньше никак не могли встретиться. А значит, могут происходить неожиданные передачи вирусов между видами, в том числе человеку. Исследователи находят, что даже если удерживать потепление ниже 2°C за сто лет, число предполагаемых передач вируса не снизится, поскольку ареалы обитания животных будут расширяться. Согласно этой модели, наибольшее число передач вируса будет исходить от летучих мышей.

Тем не менее, несмотря на достаточно детальное понимание механизмов передачи вируса от летучих мышей человеку – а скорее, именно благодаря такому пониманию – учёные не считают возможным точно предсказать начало новой эпидемии. Как мы видели в первой части обзора, вспышка зоонозного заболевания зависит от выполнения целого ряда слабо зависящих друг от друга и маловероятных условий. Шанс, что все эти условия сложатся одновременно, исчезающе мал. Можно считать, что это всегда несчастный случай (Afelt, Frutos, and Devaux 2018).

Но даже если точное время и характер новой вспышки предсказать нельзя, можно говорить о её возрастающей вероятности [собственно, как с ДТП — каждое в отдельности это несчастный случай, но число машин, качество дорог, и культура движения по ним в стране — это система, позволяющая прогнозировать их частоту и число жертв в зависимости от интенсивности движения и других факторов. Прим.публикатора]. В этой связи всё больше публикаций призывают следить не за отдельным видом вирусов, летучих мышей или других животных, а за формированием таких контекстов, где в непосредственной близости к человеку оказываются разнообразные виды диких животных. И это не только печально известный рынок в Ухане и его аналоги в Азии и Африке, но и колоссальные территории вырубленных лесов, выкупленные корпорациями под плантации или отданные под городскую периферию со слабо развитой инфраструктурой.

Как предотвратить эпидемии

Если вернуться к последовательности условий, в результате которых разворачивается эпидемия (Plowright et al. 2015), можно оценить, какие действия могут снизить вероятность передачи вируса от летучих мышей на каждой стадии этого процесса.

Условие 1. Имеются потенциальные заражённые носители вируса

Убийства рукокрылых наносят серьёзный вред экосистеме. При этом распространение эпидемии бесконтрольные отстрелы мышей не останавливают, а только усугубляют.

Условие 2. Носители распространяют вирус

Условия 3 и 4. Вирус выживает вне организма носителя, другие животные и люди сталкиваются с ним в достаточном количестве

В то же время, рынки дикой природы в Африке и Азии очень популярны потому, что для миллионов людей это единственное место, где можно купить еду. Поэтому к закрытию таких рынков нужно подходить с большой осторожностью. С большой вероятностью оно приведёт к тому, что торговля животными перейдёт на чёрные рынки, которые во много раз сложнее контролировать.

Условие 5. Другие животные и люди уязвимы к вирусу

---

Итак, распространение вируса от летучих мышей людям во многом зависит от социально-экономических обстоятельств в развивающихся странах.

Носители смертельных и неизученных вирусов, разнообразные виды диких животных оказываются всё ближе к человеку. Это происходит в первую очередь из-за вырубки тропических лесов, за которой стоят цифры экспорта, мультинациональные корпорации и глобальная бедность. Будущие пандемии и глобальная биологическая безопасность зависят не только от просвещения охотников, лесорубов, продавцов и покупателей дичи, не только от работы с сообществами на местах, но и от политических мер по сохранению окружающей среды.

Источник pandemicsciencemaps.org