Войти
Межвидовая передача (CST ), также называемая межвидовая передача, скачок между хозяином или распространение - это способность чужеродного вируса, однажды введенного в особь нового вида хозяина, инфицировать этого человека и распространяется по новой популяции хозяев. Шаги, связанные с передачей вирусов новым хозяевам, включают контакт между вирусом и хозяином, инфицирование первоначального человека, ведущее к амплификации и вспышке, а также генерацию в исходном или новом хозяине вирусных вариантов, которые обладают способностью эффективно распространяться. между людьми в популяциях нового хозяина. Часто наблюдается у появляющихся вирусов, когда один вид передается другому, а тот, в свою очередь, передается человеку. Примеры включают SARS, Эбола, свиной грипп, бешенство и птичий грипп. Бактериальные патогены также могут быть связаны с CST.
Точный механизм, который способствует передаче, неизвестен, однако считается, что вирусы с быстрой скоростью мутации способны преодолевать специфические для хозяина иммунологическая защита. Это может происходить между видами с высокой частотой контактов. Это также может происходить между видами с низкой скоростью контакта, но обычно через промежуточные виды. Летучие мыши, например, являются млекопитающими и могут напрямую передавать бешенство людям через укусы, а также через аэрозолизацию слюны и мочи летучих мышей, которые затем могут поглощаться слизистыми оболочками человека в носу, рту и глазах. Событие смены хозяина определяется как штамм, который ранее был зоонозным, а теперь циркулирует исключительно среди людей.
Сходство между видами, например, перенос между млекопитающими, как полагают, облегчается аналогичная иммунологическая защита. Другие факторы включают географический район, внутривидовое поведение и филогенетическое родство. Возникновение вируса зависит от двух факторов: начальной инфекции и устойчивой передачи.
Межвидовая передача является наиболее важной причиной возникновения болезней у людей и других видов. Дикая природа зоонозные болезни микробного происхождения также являются наиболее распространенной группой возникающих болезней человека, и CST между дикими животными и домашним скотом оказывает заметное экономическое влияние на сельское хозяйство за счет сокращения поголовья скота производительность и введение экспортных ограничений. Это делает CST серьезной проблемой для общественного здравоохранения, сельского хозяйства и управления дикой природой.
Авторы исследования бубонной чумы в Оран подчеркивает, что это заболевание "в первую очередь поражает грызунов. Оно вызывается Yersinia pestis и передается от животного к животному блохами. Люди обычно заражаются через укус зараженной блохи грызуна ». Мера санитарного контроля, установленная Управлением, носила химический характер: «Было проведено внутри- и перидоместное опрыскивание перметрином. Дельтаметрин был посыпан на следы и вокруг норок грызунов, расположенных в в радиусе 10 км от жилища пациентов. Неконтролируемое убийство крыс было запрещено ».
Считается, что большая часть вирусных патогенов, недавно появившихся у людей, произошла от различных видов животных. Об этом свидетельствуют несколько недавних эпидемий, таких как птичий грипп, Эбола, оспа обезьян и вирусы Ханта. Имеются данные, позволяющие предположить, что некоторые болезни потенциально могут быть повторно занесены в человеческие популяции через животных-хозяев после того, как они будут искоренены среди людей. Существует риск возникновения этого явления с морбилливирусами, поскольку они могут легко преодолевать барьеры между видами. CST также может иметь значительное влияние на производственные отрасли. Генотип VI- птичий парамиксовирус серотип 1 (GVI-PMV1) - это вирус, который возник в результате межвидовой передачи от Galliformes (т.е. цыпленок ) до Columbiformes, который стал широко распространенным в птицеводстве..
CST вариантов вируса бешенства между популяциями многих различных видов является серьезной проблемой управления дикой природой. Введение этих вариантов животным, не являющимся резервуарами, увеличивает риск заражения людей и ставит под угрозу современные достижения в области борьбы с бешенством.
Считается, что многие патогены имеют специализацию-хозяин, что объясняет поддержание отдельных штаммов у вида-хозяина. Патогенам придется преодолеть специфичность своего хозяина, чтобы перейти к новому виду хозяина. В некоторых исследованиях утверждается, что специализация хозяев может быть преувеличена, а патогены с большей вероятностью проявляют CST, чем считалось ранее. Первоначальные хозяева обычно имеют низкий уровень смертности при заражении патогеном, причем летальность, как правило, намного выше у новых хозяев
Из-за Из-за близкого родства нечеловеческих приматов (NHP) и людей передача заболеваний между NHP и людьми является относительно обычным явлением и может стать серьезной проблемой общественного здравоохранения. Такие заболевания, как ВИЧ и человеческие аденовирусы, были связаны с взаимодействиями с NHP.
В местах, где часты контакты между людьми и NHP, часто принимаются меры предосторожности для предотвращения заболеваний. передача инфекции. Обезьяний пенистый вирус (SFV) - это энзоотический ретровирус, который имеет высокую скорость передачи между видами и, как известно, поражает людей, укушенных инфицированными NHP. Это вызвало проблемы со здоровьем в таких местах, как Индонезия, где посетители обезьяньих храмов могут заразиться SFV от храмовых макак (Macaca fascicularis ). TMAdV (аденовирус обезьяны titi ) - сильно различающийся, разделяющий <57% попарно нуклеотидную идентичность с другими аденовирусами, вирус NHP, который имел высокий уровень смертности (83%) у обезьян и способен распространяться через человека-хозяина.
Прогнозирование и мониторинг важны для изучения CST и их эффектов. Однако факторы, определяющие происхождение и судьбу случаев межвидовой передачи, остаются неясными для большинства патогенов человека. Это привело к использованию различных статистических моделей для анализа CST. Некоторые из них включают модели анализа риска, модели единой датировки (SRDT) и модели филогенетической диффузии. Изучение геномов патогенов, участвующих в событиях CST, очень полезно для определения их происхождения и судьбы. Это связано с тем, что патогены генетическое разнообразие и частота мутаций являются ключевыми факторами при определении того, может ли он передаваться от нескольких хозяев. Это делает важным частичное или полное секвенирование геномов трансмиссивных видов. Изменение в геномной структуре может привести к тому, что патоген, который имеет узкий круг хозяев, станет способен использовать более широкий круг хозяев. Генетическое расстояние между разными видами, географический диапазон и другие барьеры взаимодействия также будут влиять на межвидовые передача.
Один из подходов к анализу оценки риска CST - это разработка моделей анализа риска, которые разбивают «процесс» передачи болезни на части. Процессы и взаимодействия, которые могут привести к межвидовой передаче болезней, явно описаны как гипотетическая инфекционная цепочка. Данные лабораторных и полевых экспериментов используются для оценки вероятности каждого компонента, ожидаемых естественных вариаций и пределов погрешности.
Различные типы исследований CST потребуют разных методов анализа для удовлетворения своих потребностей. В исследовании по идентификации вирусов у летучих мышей, которые могут распространяться на других млекопитающих, использовался рабочий процесс: секвенирование геномных образцов → «очистка» необработанных считываний → устранение считываний хозяина и эукариотических загрязнителей → сборка de novo оставшихся считываний → аннотация вирусных контигов → молекулярное обнаружение конкретных вирусов → филогенетический анализ → интерпретация данных.
Обнаружение CST и оценка его частоты на основе данных о распространенности является сложной задачей. Из-за этих трудностей для анализа событий CST и патогенов, связанных с ними, используются вычислительные методы. Бурное развитие молекулярных методов открыло новые возможности использования филогенетического анализа генетики патогенов для определения эпидемиологических параметров. Это дает некоторое представление об истоках этих событий и о том, как с ними можно бороться. В методах предотвращения CST в настоящее время используются как биологические, так и вычислительные данные. Примером этого является использование клеточных анализов и филогенетических сравнений для подтверждения роли TRIM5α, продукта гена TRIM5, в подавлении межвидовой передачи и появления ретровирусов в природе.
Сравнение геномных данных очень важно для изучения межвидовой передачи. Филогенетический анализ используется для сравнения генетической изменчивости как патогенов, связанных с CST, так и видов хозяев, которых они заражают. Взятые вместе, можно сделать вывод, что позволило патогену перейти к новому хозяину (например, мутация в патогене, изменение восприимчивости хозяина) и как это можно предотвратить в будущем. Если механизмы, которые патогены используют для первоначального проникновения в новый вид, хорошо охарактеризованы и поняты, может быть достигнут определенный уровень контроля и предотвращения риска. При контакте плохое понимание патогенов и связанных с ними заболеваний затрудняет принятие профилактических мер
Альтернативные хозяева также потенциально могут играть решающую роль в эволюции и распространении патогена. Когда патоген скрещивается с видами, он часто приобретает новые характеристики, которые позволяют ему преодолевать барьеры хозяина. Различные варианты патогенов могут по-разному влиять на виды-хозяева. Таким образом, анализ CST может быть полезным для сравнения одних и тех же патогенов, встречающихся в разных видах хозяев. Филогенетический анализ может использоваться для отслеживания истории патогенов в популяциях различных видов. Даже если патоген новый и сильно расходится, филогенетическое сравнение может быть очень полезным. Полезная стратегия исследования истории эпидемий, вызванных передачей патогенов, объединяет анализ молекулярных часов для оценки временного масштаба эпидемии и объединяющую теорию для вывода демографических история возбудителя. При построении филогении часто используются компьютерные базы данных и инструменты. Такие программы, как BLAST, используются для аннотирования последовательностей патогенов, в то время как базы данных, такие как GenBank, предоставляют информацию о функциях на основе геномной структуры патогенов. Деревья строятся с использованием вычислительных методов, таких как MPR или байесовский вывод, а модели создаются в зависимости от потребностей исследования. Например, модели с однократным датированием (SRDT) позволяют оценивать шкалу времени в рамках филогенетического дерева. Модели для прогнозирования CST будут варьироваться в зависимости от того, какие параметры необходимо учитывать при построении модели.
Экономия - это принцип, в соответствии с которым выбирается простейшее научное объяснение, соответствующее имеющимся данным. Что касается построения филогенетических деревьев, лучшая гипотеза - это та, которая требует наименьшего количества эволюционных изменений. Использование бережливости для восстановления состояний наследственных признаков на филогенетическом дереве - это метод проверки экологической и эволюционной гипотез. Этот метод можно использовать в исследованиях CST для оценки количества изменений характера, которые существуют между патогенами по отношению к их хозяину. Это делает MPR полезным для отслеживания патогена CST до его происхождения. MPR также может использоваться для сравнения характеристик популяций видов-хозяев. Черты характера и поведение в популяции могут сделать их более восприимчивыми к CST. Например, виды, которые мигрируют регионально, важны для распространения вирусов через популяционные сети.
Несмотря на успех реконструкций экономичности, исследования показывают, что они часто чувствительны и иногда могут быть склонны к предвзятости в комплексе модели. Это может вызвать проблемы для моделей CST, которые должны учитывать множество переменных. Альтернативные методы, такие как максимальная вероятность, были разработаны в качестве альтернативы экономичной реконструкции.
Два метода измерения генетической изменчивости, тандемные повторы переменного числа (VNTR) и однонуклеотидный полиморфизм (SNP), были очень полезны для изучения бактериальной передачи. VNTR из-за низкой стоимости и высокой частоты мутаций делают их особенно полезными для обнаружения генетических различий в недавних вспышках, и хотя SNP имеют более низкую частоту мутаций на локус, чем VNTR, они обеспечивают более стабильные и надежные генетические отношения между изолятами. Оба метода используются для построения филогений для генетического анализа, однако SNP больше подходят для исследований сокращения филогений. Однако с помощью этих методов может быть сложно точно моделировать вывертывания CST. Оценки CST на основе филогении, сделанные с использованием маркера VNTR, могут быть смещены в сторону обнаружения событий CST по широкому диапазону параметров. SNP, как правило, менее предвзяты и изменчивы в оценках CST, когда оценки CST низки и используется небольшое количество SNP. В целом, оценки частоты CST с использованием этих методов наиболее надежны в системах с большим количеством мутаций, большим количеством маркеров и высокими генетическими различиями между введенными штаммами. CST очень сложен, и модели должны учитывать множество параметров, чтобы точно представить явления. Модели, которые чрезмерно упрощают реальность, могут привести к смещению данных. Множественные параметры, такие как количество мутаций, накопленных с момента внедрения, стохастичность, генетическое различие введенных штаммов и усилия по выборке, могут затруднить объективные оценки CST даже для полногеномных последовательностей, особенно если выборка ограничена, частота мутаций низкая, или если патогены были недавно занесены. Дополнительная информация о факторах, влияющих на частоту CST, необходима для создания более подходящих моделей для изучения этих событий.
В процессе использования генетических маркеров для оценки показателей CST необходимо учитывать несколько важных факторов для уменьшения систематической ошибки. Первый заключается в том, что филогенетическое дерево, построенное в ходе анализа, должно отражать основной эпидемиологический процесс, порождающий дерево. Модели должны учитывать, как генетическая изменчивость патогена влияет на заболевание у вида, а не только общие различия в геномной структуре. Во-вторых, эффективность анализа будет зависеть от количества мутаций, накопленных с тех пор, как патоген был введен в систему. Это связано с тем, что многие модели используют количество мутаций в качестве индикатора частоты CST. Таким образом, усилия сосредоточены на оценке времени с момента введения или скорости замены маркера (из лабораторных экспериментов или сравнительного анализа генома). Это важно не только при использовании метода MPR, но и для подходов правдоподобия, которые требуют оценки скорости мутаций. В-третьих, CST также повлияет на распространенность болезни у потенциального хозяина, поэтому объединение данных эпидемиологических временных рядов с генетическими данными может быть отличным подходом к исследованию CST
Байесовские рамки - это форма анализов на основе максимального правдоподобия и может быть очень эффективным в исследованиях межвидовой передачи. Байесовский вывод методов эволюции признаков может учитывать неопределенность филогенетического дерева и более сложные сценарии с такими моделями, как модель распространения признаков, которая в настоящее время разрабатывается для изучения CST в РНК-вирусах. Байесовский статистический подход дает преимущества перед другими видами анализа для отслеживания происхождения CST. Вычислительные методы позволяют интегрировать неизвестную филогению, которую нельзя непосредственно наблюдать, и неизвестный процесс миграции, который обычно плохо понимается.
Байесовские структуры также хорошо подходят для объединения различных видов информации. Программное обеспечение BEAST, которое уделяет большое внимание калиброванным филогенезам и генеалогиям, иллюстрирует это, предлагая большое количество дополнительных эволюционных моделей, включая модели замещения, демографические модели и модели расслабленных часов, которые можно объединить в полную вероятностную модель. Добавляя пространственную реконструкцию, эти модели создают вероятность реконструкции биогеографической истории на основе генетических данных. Это может быть полезно для определения источников межвидовой передачи. Высокая эффективность байесовских статистических методов сделала их полезными в эволюционных исследованиях. Байесовская реконструкция предкового хозяина в рамках дискретных диффузионных моделей может использоваться для вывода о происхождении и эффектах патогенов, связанных с CST. Одно исследование аденовирусов человека с использованием байесовского метода подтвердило происхождение вирусов гориллы и шимпанзе, что способствовало профилактическим усилиям. Несмотря на предположительно редкий прямой контакт между симпатрическими популяциями двух видов, между ними могут происходить события CST. Исследование также показало, что произошли два независимых события передачи HAdV-B человеку и что HAdV-B, циркулирующие в организме человека, имеют зоонозное происхождение и, вероятно, повлияли на глобальное здоровье на протяжении большей части жизни нашего вида.
Филогенетические модели диффузии. часто используются для филогеографического анализа, и все больший интерес вызывает вывод о прыжках хозяев. Подход байесовского вывода позволяет моделировать усреднение по нескольким потенциальным предикторам диффузии и оценивает поддержку и вклад каждого предиктора при маргинализации на филогенетической истории. Для изучения вирусных CST гибкость байесовской статистической структуры позволяет реконструировать передачу вируса между различными видами хозяев, одновременно проверяя и количественно оценивая вклад множественных экологических и эволюционных влияний как распространения CST, так и смены хозяина. Одно исследование бешенства у летучих мышей показало, что перекрытие географических ареалов является умеренным предиктором для CST, но не для смены хозяев. Это подчеркивает, как байесовские выводы в моделях могут использоваться для анализа CST.
