為什麼蝙蝠是眾多著名病毒的自然宿主?
最近對一些人類流行病史產生興趣 看書籍和資料發現許多著名病毒的自然宿主都被證實為蝙蝠 比如最近又肆虐西非的埃博拉病毒 上世紀末馬來西亞的尼帕病毒 澳大利亞的亨德拉病毒 當然還有著名的SARS也被證實為蝙蝠才是真正的野生宿主 這是為什麼?
------------------------------------2015.06.06更新------------------------------------------
去年提的一個問題,因為最近的MERS突然引來了很多關注者和答題者,首先謝謝Vigorous Cooler同學的回答,真的是很專業,給了我很大的啟發。我自身並非醫藥學業內人士,但也因為興趣看過一些相關書籍,xuexx同學的回答我不認同,因為確實有很多病毒的自然宿主是蝙蝠,注意是自然宿主,因為很多病毒都是通過蝙蝠傳染給家畜,然後通過家畜再傳染給人,例如著名的馬爾堡病毒。另外我說的眾多也不代表全部,只是有許多的意思。還希望答題者不要鑽牛角尖。
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2017-08-05修正
一下內容轉自個人專欄《病毒學筆記》為什麼蝙蝠(Bat)是理想的病毒存儲宿主,歡迎關注
為什麼蝙蝠(Bat)是理想的病毒存儲宿主
(主要內容整理自12th全國病毒學學術研討會 Wang LF/ppt。)
關於蝙蝠是否是病毒的理想宿主,作為研究人員來說,要解決這個假說可以分為三步——
(1)蝙蝠是不是十分重要的新發病毒儲存宿主?
(2)蝙蝠是否在攜帶病毒上具有其特殊性?
(3)到底什麼因素造成了蝙蝠的特殊性?
(1)對於第一個問題,現在可以說公認沒有爭議了,蝙蝠確實是很多新發病毒的儲存宿主,比如埃博拉、馬爾堡病毒,SARS、MERS冠狀病毒,亨德拉病毒、尼帕病毒等等,這些大多數屬於killer virus,也就是殺人的病毒,作者也提到,對於病毒學家來說,要發表CNS文章,那病毒必須是要殺人的,也是個悲劇吧。
(2)對於第二個問題,蝙蝠是不是特殊的?
首先需要了解蝙蝠本身的一些特點——
1 哺乳類1/5是蝙蝠;
2 在現存的種、屬數目上僅次於嚙齒類;
3 唯一不受地形限制的哺乳類;
4 是除人之外,分布最廣的哺乳類;
5 可變的體溫調節;
6 回聲定位;
7 預期壽命很長(一般來說哺乳類是體型越大壽命越長);
8 很少發生癌症;
9 N多種病毒的儲存宿主
對於蝙蝠是否為病毒的存儲宿主還有一些潛在證據——
實驗條件下以病毒感染蝙蝠,卻不引起明顯的臨床癥狀;
可在「健康」蝙蝠細胞中分離出持續性感染的病毒;
非常高的病毒流行率;
更多樣的基因多樣性;
存在「現代」哺乳動物病毒的「祖先」或「先祖」支系;
參考文獻【1】【2】也證明了第二個問題,確實,蝙蝠在攜帶病毒上很特殊。
(3)最後一個問題,是什麼原因讓蝙蝠這麼特殊?
從基因組學上可以提出以下問題——
(3.1)蝙蝠具有其他哺乳類不具有的基因/通路
(3.2)蝙蝠缺乏其他哺乳類具有的基因/通路
(3.3)蝙蝠具有與其他哺乳類類似的基因/通路,但是表達譜不同
通過基因組測序【3】發現,
蝙蝠的DNA損傷修復相關的基因很不同尋常,可以說修復DNA損傷的能力很高,也就是說飛行造成的代謝率升高,更容易產生DNA損傷的在長期的進化中,蝙蝠通過提升DNA損傷修復能力來抵抗。
同時,我們知道人如果長時間發燒40°,人也基本上完蛋了,培養細胞也一樣,如果在40°培養細胞,超過24h,細胞肯定掛了,但是體外培養的蝙蝠細胞卻能抵抗熱壓力(統計學上40°培養24h細胞活力不降)。通過實驗發現,蝙蝠細胞內的熱休克蛋白/HSP(一大類細胞伴侶蛋白,可以促進蛋白的正確摺疊,促進細胞的耐熱性等等)本底表達水平非常高
而且I型干擾素通路相關的基因也有很多有意思的特徵(I型干擾素是具有誘導細胞產生抗病毒活性的分泌蛋白質,包含IFNα和IFNβ,其中IFNα還有很多亞型),其中本底水平的IFNα非常高。
並且I類MHC分子結合內源性肽段的精確度更好(MHC-組織相容性複合體,通過介導CD8+T細胞產生細胞毒效應/裂解細胞,病毒複製是在細胞內的,如果細胞察覺發現自己被病毒感染之後會把合成的病毒蛋白進行消化,進而產生病毒特異性的肽段,載入到MHC-1的溝槽中,轉移到細胞表面,進而告訴CD8+T細胞「我被病毒感染了」,這時候CD8+T細胞就會釋放穿孔素顆粒酶把這個細胞打洞,細胞死了,裡面還沒出來的病毒也就一起掛了)。
通過產生IL-1β介導炎症反應的炎性小體(inflammasome)通路中,蝙蝠居然缺失了PYHIN家族的基因,炎症可以導致各種疾病,包括老化和癌症等等,其中在細胞質中存在DNA時會強烈誘導炎症(DNA正常情況下只存在與細胞核/染色質或者線粒體中),而幾類炎性小體就是識別細胞質中存在的DNA來介導炎症的,所以,蝙蝠相關基因缺失會導致蝙蝠本身的炎症水平很低。
總結一下,就是因為進化上,蝙蝠選擇了飛行,所以它的代謝率會升高,這樣氧化應激水平也會升高,為了對抗飛行帶來的這些結果,蝙蝠進化上適應了高水平的DNA損傷修復,這一點的直接後果是蝙蝠的壽命很長,並且很少發生癌症;此外蝙蝠具有了更強的本底水平的固有免疫應答系統,所以攜帶病毒的時候很少發病或就是不發病。
高水平的本底固有免疫系統造成蝙蝠本身在外來感染的情況下是一種high-alert,也就是高警戒性。這和其他哺乳動物,平時不表達這類分子,而是通過誘導再大量產生的情況完全不同(none or all)。
所以得到蝙蝠之所以攜帶眾多病毒原因的新假說——
一切都是哺乳動物飛行帶來的副產物。
當然得到這個假說還有很多工作要去做,來解答更多的問題,那就不是現有的研究能解答的了。
參考文獻:
[1] Nature. 2017 Jun 29;546(7660):646-650.doi: 10.1038/nature22975. Epub 2017 Jun 21.
[2] Proc Biol Sci. 2013 Feb1;280(1756):20122753. doi: 10.1098/rspb.2012.2753. Print 2013 Apr 7.
[3] Science. 2013 Jan 25;339(6118):456-60.doi: 10.1126/science.1230835. Epub 2012 Dec 20.
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2016-04-06原答案——
大家對待蝙蝠是不要驚擾的好,研究蝙蝠的人對待蝙蝠也是無傷取材。
不能因為蝙蝠有很多病毒就對蝙蝠喊打喊殺,蝙蝠也是生態鏈中重要的一環。
————————以下為原答案——————————
斗膽來回答一下,但是這種問題還是武漢病毒所新發傳染病中心的人回答最恰當。
其實不光是你提到的這些病毒,大名鼎鼎的狂犬病毒(Rabies virus )也是來源於蝙蝠哦。
埃博拉病毒(EBOV),目前的報道都是推測源於蝙蝠,但是還沒有在蝙蝠身上分離出來原型病毒,但是基本可以確定就是源於蝙蝠,只是沒有找到相應的病毒而已。不過科學講究的是有幾份證據說幾分話。
至於SARS-CoV的原型病毒,是國內中科院武漢病毒所的新發傳染病研究中心,石正麗研究員帶領的團隊分離出來的[石正麗:追擊SARS病毒源頭]。而最近的MERS-CoV,也是之前在蝙蝠身上分離過原型病毒[這些蝙蝠主要呆在古老的、被遺棄的建築物里],高福研究員做過相應的進化分析[高福院士Cell子刊發表最新成果]。
而蝙蝠是僅次於嚙齒類【比如老鼠】的第二大類哺乳動物,佔全球哺乳動物種類的20%,超過1300個種類。而且分布極其廣泛,南北極外的全球各個地方都有蝙蝠的存在。而且蝙蝠的歷史很長,幾乎可以追溯至5000萬年前。
同時,蝙蝠攜帶這麼多病毒,自己卻不發病,厲害吧。
有科學家推測,可能是作為哺乳動物中唯一能飛的動物,蝙蝠的新陳代謝就會非常快【能量消耗大】。而我們知道,新陳代謝的過程會對機體產生各種各樣的損傷,比如活性氧,比如DNA複製錯誤等等。而這些壓力和可能導致的細胞損傷有可能會使蝙蝠自己進化出一套機制,來使它自身部分免疫系統一直處於開啟的狀態【可以理解不不停地監視】。按理說,新陳代謝快,蝙蝠應該很短壽才對,但是奇怪的是蝙蝠的壽命卻很長,有些種類的蝙蝠的壽命可以超過40年。還有,蝙蝠很少得癌症。但是具體的原因是什麼,目前沒有解釋。蝙蝠研究起來太困難了。
目前的觀點集合起來主要有——
蝙蝠種類甚多——病毒相應多;
蝙蝠種群數量大,種類又多,相互之間還可能互相雜居,一個山洞的蝙蝠可能有幾千隻到幾百萬隻蝙蝠!!進過蝙蝠洞的應該清楚(看過相關電影也能知道)——病毒就可能在不同種類的蝙蝠間交流;
而且,蝙蝠會遷徙,種群的交流——病毒的交流;
蝙蝠活的長——相互之間病毒傳播的機會更多;
蝙蝠與人類同屬哺乳動物——進化上的親緣關係不是特別遠——某些遠古留下的病毒可能在人和蝙蝠的細胞上都有相應的病毒受體,給病毒的跨種跳躍創造條件;
蝙蝠和人生活環境的接近度——比如亂墳崗的蝙蝠,比如前一陣子西非的蝙蝠樹洞的埃博拉病毒傳播開來——人和蝙蝠越接近,則病毒跨種跳躍的可能性比較大;
還有一些觀點認為蝙蝠通過回聲定位,可能大部分蝙蝠間病毒的傳播有可能在聲波發出來的時候就噴出來了,蝙蝠又群居雜處,很容易傳播;
所以,為什麼蝙蝠成為毒庫,有可能是很複雜的因素造成的,其中有蝙蝠的原因,也有蝙蝠和人接觸的因素。打個比方,候鳥是不是有可能相互之間傳播疾病?但是具體有多少傳到人身上?可能很少,那麼,人就會很少去關注這個問題。因為我們的知識最初都是來源於跟人有關係的東西的研究成果。胡說了不少,瞎看看吧。
參考文獻在評論三樓,免費。
來補充,還有蝙蝠也是狂犬病的天然寄主和傳播者
其實,在大多數時候,蝙蝠雖然攜帶這些致命的病毒,但是在很少的情況下,他們會傳染給別的動物或者人類,這些病毒傳播只是非常小概率的事件~但是蝙蝠能攜帶這麼多的致命病毒也不是偶然的現象,主要原因有三個。
1.蝙蝠基因組裡面有更多有關基因修復的基因,並且表達量遠遠高於其他哺乳動物。
圖一是nature review裡面一篇關於蝙蝠基因組的研究,研究發現了蝙蝠攜帶著很多獨特的具有基因修復功能的基因。而且這些基因可以穩定的遺傳給後代,使得蝙蝠在不同的generation之間能穩定的保持這個性狀。而且研究表明,這些DNA修復基因在抑制病毒複製方面有著顯著的作用,所以雖然蝙蝠攜帶很多致命病毒,但是病毒的複製在蝙蝠的體內是被嚴重抑制的[1]。
2. 蝙蝠超高的代謝率就像他們的身體一直在模仿發燒的行為一樣,讓病毒的複製受到阻礙。
蝙蝠超高的代謝速度,加上飛行產生的熱量,讓蝙蝠在眾多哺乳動物中有著類似於鳥類的超高代謝率,而超高代謝率會產生更多的熱量,所以這些熱量就使得蝙蝠像一直在發燒一樣,可以間接的抑制病毒的複製[2]。
3.還有就是蝙蝠是僅次於老鼠的第二大嚙齒類動物,廣泛的分布在世界各地,和人類有著很廣泛的接觸,我們能感受到這麼多的致命病毒,日常生活中有著很密切的接觸也是一個重要的原因。
References:
[1]Nature Reviews Immunology
[2]https://www.wired.com/2014/10/bats-ebola-disease-reservoir-hosts/
哺乳動物還會飛還雜食
一旦一種動物會飛了,它就有更大的能力傳播;
例如:鳥類可以將植物的種子播種到很遠的遠方;禽流感一旦能感染人了,也是極厲害的。
而蝙蝠,兼具了飛行能力+哺乳類近親+喜歡鑽各種陰暗潮濕的地方,這幾種能力的合一,絕對是宿主中的戰鬥機。
我還得再說一句,這貨有些品種還吸血,蚊子能做到的它也可以。首先明確一點:病毒種類非常多,動物病毒、植物病毒、噬菌體等等等…蝙蝠一直吸引眼球,是因為Sars,狂犬病,埃博拉等對人類具有極強的危害性,受到了很多關注。因此而將蝙蝠指認為「毒王」實在是有點委屈萌萌噠蝙蝠君了。其實野生動物幾乎沒有乾淨的,除了病毒、致病菌,還有危害更大且更易被忽視的寄生蟲。所以我認為即使不考慮生態保護和法律道德,單純從利己的角度來講獵殺、捕食野生動物(這裡是指個人捕獵行為,不包括正規產業化的水產捕撈等行為)都是極端愚蠢的行為。
那麼蝙蝠為什麼帶有那麼多對人類具有極強危害性的病毒且確實產生了一些嚴重後果呢?
先不考慮人類自己的愚蠢行為:因為蝙蝠數量多、種群大、分布廣、擴散性強、而且,是哺乳類!數量多種群大分布廣,前面有答案已經講的很清楚了。蝙蝠種類極多,種群密集,前面提過的蝙蝠洞我老家就有三兩處,兒時中二病犯了,去探過險,三個感覺:好臭!真臟!真尼瑪多!蝙蝠是唯一會飛行的哺乳類(有人說鼯鼠表示不服,然而鼯鼠真的不會飛,其滑翔行為真的沒有比人類玩滑翔傘更高端),擴散性極強,可以同鳥類一樣忽視地理阻斷四處周遊,且和同為哺乳類的人類基因差異夠小,被病毒作為共同宿主的可能性很大。為什麼昆蟲病毒威脅不到你?因為人和昆蟲差異太大,病毒適應昆蟲的遺傳信息沒法感染到你,植物病毒就更不可能威脅到你了,因為植物和你差異更大。回頭看蝙蝠,它有翅膀人沒翅膀,可差異還大嗎?我們老祖宗上次分家不過幾千萬年前,親緣關係真的很近。
推薦看這個http://v.youku.com/v_show/id_XNzUzNjk4NzQ0.html?f=19216487xfrom=y7.2-3.4.24-2
根據前面幾位大神的回答總結下:
1·蝙蝠種類多,分布廣,且與其他哺乳動物生活圈有交集。
2·唯一會飛的哺乳動物,傳播給其他哺乳動物的能力比禽類和齲齒類強的多。
3·存在歷史悠久,壽命長,易於各類病毒貯存。
4.對蝙蝠不致病,因而能成為自然宿主
5·群聚增加病毒錯配、突變、基因整合的概率
人家可是穿梭於地獄與現實之間的生物。不應該帶來災禍嗎?
問題有問題,「蝙蝠是眾多著名病毒的自然宿主」不成立,起碼我所知,天花這等有大規模殺傷性歷史的不是如此,SARS 致死量與其相比幾乎約等於0.
著名的病原病毒的天然宿主,最主要當是人類飼養的家畜,因為它們與人接觸多,傳染機會也多。而不是什麼蝙蝠。願聞其詳,請看專業科普書《槍炮病菌鋼鐵》。
但是,家畜的病原要能傳給人的,萬年的農業養殖史上,能發生的早就事實上大多發生了。也就近現代因為人類活動範圍劇增,接觸的動物更多更密集,才在從其他非家畜傳染上一些新病毒。
說點題外話,就病毒與宿主關係,病毒對其天然宿主肯定是非致命的、甚至是友好的,這是相互生存必須的,比如說是線粒體傳說起源於病毒。人類定然有此類原生的病毒疾病,因其不害人也就不會為大眾熟知。病毒傷人,也就可能發生在從天然宿主轉移到非天然宿主上的開始的一段時間,為什麼?因為兩者沒有被進化篩選而兼容。就比如天花病毒,假如說一直沒出現疫苗等法防治,那隨著時間推移,只要人類不死,那對人的天花病毒與人也會共同進化地致命性越來越低。
一切只需要時間,但上帝才有那麼多時間。
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2015-06-04 修改: @張嵩雲 指出鼠疫不是病毒引起。bat=beat all T-cell
有點恐怖的是在蝙蝠體內的病毒適應了蝙蝠體內的高體溫不被清除,所以人類感染了之後的發燒就沒有什麼用了反而導致自己受傷所以蝙蝠病毒有很大殺傷性,所以能感染人類的蝙蝠病毒都致死率高。
有點像是蝙蝠對人類的降維打擊
它帶狂犬病病毒,那麼遠古時期它和狗/狼是近親吧。就好比人容易感染靈長類的病毒。同一科,DNA差不多。所以大家少吃猩猩肉猴子腦,可以多吃香蕉。
把人想像成北京一環,那麼那些家畜豬狗雞鴨什麼的和靈長類是二環。一環二環之間的病毒微生物什麼的幾萬年來該感染的都感染了,該平衡的都平衡了,該共生的都共生了,該死的也都死光了,留下來的就是待平衡的。
蝙蝠也許就是第三環,蝙蝠和第二環也有很多動物應該是同一科,DNA差不多。但它又和第四環有交集,第四環可能是鳥啊昆蟲啊爬行啊,通過食物什麼來交集。而且它數量多,試驗次數多。蝙蝠算是變成更廣的那種中介吧。病毒微生物中介。接觸了它就等於接觸了二和四環的病毒庫。
蝙蝠類似人,老鼠,算是全球最成功的哺乳類動物,它們可能還更早全球化的。傳播更快,因為是空中模式。但人會用火,能帶的病毒就少了。蝙蝠則是一直用自己的身體做載體吧,幾萬年適應下來的。
還有,蝙蝠可能在溫帶或者熱帶最多。那裡動物最多,接觸多,四環的多。
老鼠嘛,除了城裡的老鼠,其餘的倒多像是吃植物,它更像是食物。感染病毒的一般要去吃別的動物,通過血液一類來接觸。大家看過史蒂芬金的《黑暗的另一半》沒有,裡面一個溫馴的大狗就是去撿球誤闖山洞給蝙蝠的翅膀劃破鼻子感染的狂犬病毒。
據我所知,蝙蝠中有一種生活在熱帶地區的物種,它們以飲用血生存,我們都知道血液是傳染疾病的最大源泉,它們會吸食各種可食生物的血液,如果某次吸食的動物帶有某種疾病,那麼這個蝙蝠就成了病原的攜帶體,可以傳染給其他的生物,當地有許多牧民,蝙蝠會很容易的吸食牲畜,導致病原體在牲畜之間傳播,同樣是一種病原體在不同的物種身上多多少少會有些變異,離人類很近的牲畜就有可能將這些病原體或病毒傳染給人類
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