Социологи питерской Вышки — студенты и преподаватели — ведут наукометрический блог Pandemic Science Maps. В нем публикуются обзоры и подборки литературы и препринтов о коронавирусе и текущей пандемии, а также рекомендуются важные статьи из смежных областей.
Наукометрия обычно упоминается в связи с оценкой цитируемости, но базы Web of Science и Scopus ученые всего мира используют не для этого, а для информационного поиска. По итогам такого поиска строятся карты науки — наглядное отражение того, как устроены исследовательские области, и какие работы в них центральные. Блог Pandemic Science Maps показывает, как устроена наука об эпидемиях в отдельных ее разделах. Редакторы блога — Даниил Александров и Алла Лосева.
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?
Разбираться с этим вопросом мы будем на примере эпидемий, распространившихся от летучих мышей. Для обзора мы выполнили систематический поиск литературы в базе данных научных публикаций Scopus и нашли публикации, посвящённые летучим мышам как носителям вирусов.
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.
Это неудивительно, поскольку вызванные генипавирусами вспышки заболеваний произошли раньше, чем знаменитые эпидемии коронавирусов. Так, генипавирус Хендра впервые был замечен в Австралии в 1995 г., генипавирус Нипах — в Малайзии в 1998-9 гг. (Mackenzie et al. 2001).
С точки зрения передачи вируса, важная разница в том, что коронавирусы живут в летучих мышах, тогда как генипавирусы распространяются крыланами, или летучими лисицами. 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.)
Большой подковонос Хильдебрандта. Обитает в Кении
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).
Этот обзор разбит на две части. Сегодня мы обсудим, являются ли летучие мыши «исключительно» активными переносчиками вируса, и как события внешней среды влияют на их активность.
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.
На иллюстрации видно, что эта закономерность сохраняется для разных видов животных. Больше всего разнообразных видов среди грызунов, и они же — самые активные переносчики вирусов людям. Видов летучих мышей примерно в два раза меньше, поэтому и вирусов они переносят пропорционально меньше, и человеку от них передаётся меньше болезней.
На иллюстрации показано 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).
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 генипавирусами, 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.
Стрессы у рукокрылых могут быть физиологическими или связанными с нарушением питания, острыми или хроническими и т.д. Например, крыланы сильнее устают, если в месте их обитания не хватает пищи и им приходится летать в её поисках на большие расстояния. Из-за этого же они чаще пересекаются с рукокрылыми из других местностей (Giles et al. 2018), а значит, могут распространять вирус дальше. Если в своих поисках они так и не получат достаточно питательных веществ, иммунитет ослабнет ещё больше. Также есть свидетельства, что вирусы Хендра, Нипах, Эбола часто распространяются в период беременности у самок крыланов (Plowright et al. 2015). Однако ещё нет систематических исследований того, как на распространение вируса влияют различные виды стресса у летучих мышей.
Ослабление иммунитета рукокрылых и последующее распространение вируса в определённой степени обусловлено сменой сезонов. В том числе потому, что она влияет на восприимчивость к вирусу других животных.
К примеру, в холодный или сухой период, когда австралийским крыланам — носителям вируса Хендра — особенно не хватает пропитания, они начинают распространять инфекцию. Но в то же самое время падают и питательные качества пастбищ. Лошади, которые там пасутся, восполняют нехватку питательных веществ за счёт коры, листьев и веток, где могут оставаться инфицированные биологические жидкости крыланов. А вирус остаётся на поверхностях дольше в холодный период. Поэтому пик заражений вирусом Хендра — всегда зимой (Plowright et al. 2011).
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.
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:
- Имеются потенциальные носители вируса (например, сами рукокрылые);
- Потенциальные носители заражены;
- Носители распространяют вирус;
- Вирус выживает вне организма носителя;
- Другие животные и люди сталкиваются с вирусом в достаточном количестве;
- 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.
Во второй части обзора мы рассмотрим, как вмешательство человека в природу способствует распространению эпидемий, откуда ждать будущие пандемии, связанные с летучими мышами, и как можно снизить вероятность их распространения.
Для обзора мы выполнили систематический поиск литературы в базе данных Scopus и нашли публикации, посвящённые рукокрылым как носителям вирусов. Мы построили карту публикаций на основе их списков литературы. Близость на карте и принадлежность к одному кластеру на этой карте означают, что публикации ссылаются на одни и те же работы — а значит, есть вероятность, что в статьях поднимаются схожие темы. Карта выполнена в программе VOSviewer.
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.
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.