För att studera resultatet av virusspillover placerade forskare små mängder av ett virus på petriskålar med populationer av olika Caenorhabditis-arter för att se om viruset kunde replikera. Kredit:David Kennedy, Penn State
Varför har SARS-CoV-2-viruset härjat den globala mänskliga befolkningen, men många andra djurvirus har inte gjort det? Med hjälp av nematodmaskar som modell genomförde forskare vid Penn State en uppsättning experiment för att undersöka faktorerna som påverkar sjukdomsutfallen av virusspill. De fann att värdens art påverkar om ett virus kommer att ta fart i en ny population. Till exempel blir vissa arter aldrig infekterade, medan andra blir infekterade och lätt överför viruset till andra individer inom arten.
"Patogener spiller över till människor med något alarmerande frekvens, och massor av fantastisk forskning har gått till att bestämma var och när spillover är mest sannolikt", säger David Kennedy, biträdande professor i biologi. "Men att experimentellt studera virusspillover i labbet för att förstå sannolikheten att ett virus kommer att överföras i en ny värd är enormt utmanande, särskilt med replikeringen som behövs för att få vetenskaplig insikt."
Clara Shaw, en postdoktor vid Penn State, som börjar en ny tjänst i januari som biträdande professor vid University of Minnesota Duluth, noterade att maskar är ett kraftfullt experimentellt system.
"Du kan ha en hel population av värdar i en enda petriskål, och du kan passa 50 replikapopulationer i ett utrymme som är lika stort som en skokartong," sa Shaw. "Det här maskvirussystemet kan möjliggöra den noggranna studien som behövs för att informera vilka spillover-händelser som sannolikt kommer att bli nästa covid-19, och vilka som är mindre oroande för människors och djurs hälsa."
För att genomföra deras studie, som publicerades 21 september i Proceedings of the Royal Society B , använde forskarna arter av nematodmaskar från släktet Caenorhabditis. En av dessa – Caenorhabditis elegans (C. elegans) – används ofta i andra typer av biologiska experiment.
För att först avgöra om släktet Caenorhabditis skulle vara ett användbart system för att studera ekologin och evolutionen av virusvärdhopp, undersökte teamet känsligheten hos 44 arter av Caenorhabditis för infektion med Orsay-viruset, ett virus som är känt för att infektera det välstuderade C-viruset. elegans arter, men inte dokumenterat förekomma i andra arter. De placerade små mängder av viruset på petriskålar med populationer av olika Caenorhabditis-arter för att se om viruset kunde replikera. Av de 44 arter som testades var 14 arter mottagliga för Orsay-virus.
Clara Shaw, en postdoktor vid Penn State, som börjar en ny tjänst i januari som biträdande professor vid University of Minnesota Duluth, noterade att maskar är ett kraftfullt experimentellt system. "Du kan ha en hel population av värdar i en enda petriskål, och du kan passa 50 replikapopulationer i ett utrymme som är lika stort som en skokartong," sa Shaw. Kredit:Clara Shaw, Penn State
Med hjälp av dessa 14 arter av mottagliga maskar bedömde teamet sedan om dessa arter var kapabla att överföra viruset genom att transplantera en undergrupp av virusexponerade maskar till virusfria livsmiljöer för att reproducera och potentiellt överföra virus till avkommor. Denna process upprepades för att fastställa hur länge viruset kunde kvarstå och om det kunde kvarstå på obestämd tid.
"Vi visade att i det här släktet visade olika värdarter alla möjliga resultat efter exponering för en ny patogen", säger Kennedy.
"En del blev aldrig infekterade, vissa blev infekterade men kunde inte överföra viruset; vissa blev infekterade och överförde viruset på nivåer så låga att patogenen till slut dog ut; och några blev infekterade och överförde viruset tillräckligt bra för att upprätthålla viruset på obestämd tid . Detta är råmaterialet som behövs för att besvara frågan om varför vissa spillover-händelser leder till värdhopp och nya sjukdomar medan andra bara susar ut på egen hand utan någon extern inblandning."
Specifikt fann teamet att värdarter som var närmare besläktade med C. elegans – virusets inhemska värd – var mer mottagliga för infektion, och värdar som var nära besläktade med varandra hade mer liknande mottaglighet oavsett deras förhållande till C. elegans .
"Dessa mönster i mottaglighet kan bero på det faktum att närbesläktade värdar sannolikt har liknande receptorer för virusbindning, liknande miljöer inom värd för virus att navigera och liknande försvar mot virus", säger Shaw.
Kennedy noterade att utan ett bra modellsystem för att studera virusspillover har det varit utmanande att förstå vilka faktorer som underlättar nya epidemier och hur utvecklingen fortskrider i framväxande patogener.
Han säger att "dessa maskar kan användas inte bara för att undersöka hur ekologi påverkar spillover och uppkomst, utan också för att bättre förstå hur och varför spillover och uppkomstmönster kan skilja sig åt mellan värdarna." + Utforska vidare
