蝙蝠源冠状病毒跨种传播的生态学机制?

问题年度:2020 问题类型:前沿科学 学科领域:生命科学 学科细分归类:

推荐机构:中国动物学会

蝙蝠 冠状病毒 人兽共患病 生境利用

进入21世纪以来,我国先后出现了多起新发传染病事件,其中2002年的SARS(非典)和目前正在肆虐的新冠肺炎尤为严重。病毒学和基因组学证据显示,SARS和新冠肺炎均为冠状病毒引起,而这些冠状病毒最有可能起源于蝙蝠。事实上,蝙蝠常常与多种人兽共患病相关联,研究指出蝙蝠是所有哺乳动物中携带病毒最多的类群之一。由于蝙蝠携带的冠状病毒具有分布广、多样性丰富、受体结合方式灵活、进化或变异迅速等特点,病毒学家曾多次警示蝙蝠起源的冠状病毒跨物种传播是大概率事件。因此,科研工作者急需回答:在自然环境中,蝙蝠如何与人类社会相关联?回答这个问题的主要工作包括明确特定蝙蝠物种(例如作为新型冠状病毒潜在起源物种的中菊头蝠)和人类社会的时空关联,尤其是蝙蝠与人类传染病潜在宿主的时空关联,从而识别影响蝙蝠源冠状病毒跨物种传播的生态学机制,包括蝙蝠的行为模式、种群动态、以及蝙蝠活动范围内的生态环境因素和人类社会活动等。

问题背景:(简要介绍本问题在现阶段学术研究和科技发展中的产生背景)

蝙蝠,是翼手目动物的俗称,全世界约1400种,分布在除了南极以外的所有大陆。我国有140余种蝙蝠,其中菊头蝠科蝙蝠20种,活动范围遍及我国绝大多数省份。菊头蝠科蝙蝠是多种冠状病毒最主要的天然宿主。长期以来,蝙蝠与多种人兽共患病密切关联,研究指出蝙蝠是所有哺乳动物中携带病毒种类最多的类群之一,因此被称为“天然病毒库”。蝙蝠携带致病病毒种类多的现象可能与蝙蝠独特的免疫系统、强大的飞行能力、社会性强、在栖息地高密度聚集、与其他蝙蝠物种混居等因素有关。

自2002-2003的SARS冠状病毒入侵人类社会以来,蝙蝠起源的冠状病毒至少6次跨物种传播到了人类社会,包括目前正在全球大流行的新型冠状病毒。不幸的是,SARS和新冠肺炎均首先在我国开始和爆发,并且在新冠肺炎爆发前病毒学家就曾预警“我国可能是下一次冠状病毒流行病爆发的高危区域”。我国是蝙蝠源冠状病毒流行病爆发的高危区域的主要原因包括:我国地域广、气候多样,具有较高的蝙蝠物种多样性和冠状病毒多样性;我国是世界人口第一大国,城市化发展迅速,人与蝙蝠等冠状病毒携带者接触的可能性较大;我国部分地区人们食用野味的习惯,进一步增加了人与携带冠状病毒的野生动物的接触概率。鉴于蝙蝠源冠状病毒引发的传染病事件对人类社会造成的毁灭性损失和未来再次暴发的可能,揭示蝙蝠冠状病毒跨物种的传播机制具有重要的意义。

最新进展:(简要介绍本问题的最新进展,及未来面临的关键难点与挑战)

影响动物源传染病跨物种传播到人类社会的主要因素包括三点:病原在动物携带者中的数量、人类感染的概率以及人类与携带病原的动物的接触频率。前两个因素的研究通常由病毒学家主导,而第三个因素的研究则往往由生态学家来开展。通过抗原与抗体检测等生物学手段,研究者可以测量不同蝙蝠物种携带不同冠状病毒的概率、种群差异和地理分布格局;结合基因组学、结构生物学、分子生物学等手段,研究者可以分析冠状病毒的多样性、变异速率和与不同类型受体的结合能力,从而评估人类被蝙蝠冠状病毒感染的潜力。我国目前关于蝙蝠冠状病毒跨物种传播机制的研究也主要集中在病毒多样性和病毒的受体结合能力两个方面,忽略了对病毒跨物种传播的生态学机制研究。

在自然环境中,蝙蝠冠状病毒如何跨物种传播给人类?一方面,人类可以通过接触蝙蝠或者蝙蝠的粪便、尿液等排泄物被直接感染;另一方面,人类可以通过接触牲畜等被蝙蝠感染过的中间宿主被间接感染。近期的两项由武汉病毒所石正丽团队所主导或参与的研究评估了蝙蝠冠状病毒直接感染人类的可能性。基于218名参与者的数据,2.7%(6名)生活在携带类SARS冠状病毒的蝙蝠洞穴周围的村民出现被感染的血清学证据,虽然这6人均未出现过临床症状。通过扩大采样范围至1596名参与者,仅0.6%(9名)的参与者被蝙蝠冠状病毒感染过。该研究进一步指出,人类与蝙蝠的直接接触不是导致参与者感染的因素;相反,参与者出现类似冠状病毒感染的临床症状与他们和其他野生动物或牲畜的接触相关联。这些数据提示,蝙蝠冠状病毒跨物种传播到人类社会最有可能的途径是基于中间宿主的间接传播,并且蝙蝠起源的冠状病毒需要在中间宿主中变异。

基因组学数据为蝙蝠冠状病毒经中间宿主间接传播到人类的假说进一步提供了证据。蝙蝠冠状病毒同感染人的SARS冠状病毒和新型冠状病毒的基因序列差异依然较大。在全基因组层面,感染人类的SARS冠状病毒与蝙蝠和果子狸中的冠状病毒的全基因组最高相似度为98%和99.6%,说明蝙蝠的冠状病毒很可能是通过中间宿主果子狸间接传播给人类的。目前从蝙蝠中分离出的冠状病毒与感染人类的新型冠状病毒的最高全基因组序列相似度为96.2%,说明人类感染新型冠状病毒最可能的途径依然是通过某种中间宿主。此外,无论是SARS还是新冠肺炎,蝙蝠起源的冠状病毒均需要在中间宿主中变异。鉴于我们目前并不清楚新型冠状病毒传播的中间宿主,揭示蝙蝠源冠状病毒跨物种传播机制的关键之一便是明确冠状病毒潜在起源物种(如中菊头蝠)的活动生境,监测其活动生境内冠状病毒潜在的中间宿主(尤其是与人类直接接触的动物和作为野味的动物),并进一步确定人类与潜在中间宿主的接触范式和频率等。为了预防未来蝙蝠源冠状病毒跨物种传播到人类社会,从事蝙蝠等野生动物研究的生态学家需要同病毒学家联合,筛选携带“高危”冠状病毒的蝙蝠物种,搜集这些物种的活动生境、行为范式和种群动态等基础生态学数据。

重要意义:(简要介绍本问题取得突破后,对本领域或相关其他交叉领域科技发展的重大影响和引领作用,以及可能产生的重大科技、经济和社会效益)

该项目提出蝙蝠生态学研究在新型冠状病毒溯源中的必要性。明确携带冠状病毒的高风险蝙蝠物种的活动生境、行为范式、种群动态及与人类活动的关系,对于揭示蝙蝠源冠状病毒跨物种的传播机制和预防未来蝙蝠源冠状病毒导致的流行病具有重要意义。