Waarom heeft het SARS-CoV-2-virus de wereldwijde menselijke bevolking verwoest, maar veel andere dierlijke virussen niet? Met behulp van nematodenwormen als model voerden onderzoekers van Penn State een reeks experimenten uit om de factoren te onderzoeken die van invloed zijn op de ziekteresultaten van overloopgebeurtenissen van virussen. Ze ontdekten dat de soort van de gastheer beïnvloedt of een virus zal opstijgen in een nieuwe populatie. Sommige soorten raken bijvoorbeeld nooit geïnfecteerd, terwijl andere soorten besmet raken en het virus gemakkelijk doorgeven aan andere individuen binnen de soort.

"Patogenen komen met een enigszins alarmerende frequentie over op mensen, en er is een heleboel geweldig onderzoek gedaan om te bepalen waar en wanneer overloop het meest waarschijnlijk is", zegt David Kennedy, assistent-professor biologie. "Echter, het experimenteel bestuderen van virusspillover in het laboratorium om de waarschijnlijkheid te begrijpen dat een virus in een nieuwe gastheer overdraagbaar is, is een enorme uitdaging, vooral met de replicatie die nodig is om wetenschappelijk inzicht te krijgen."

Clara Shaw, een postdoctoraal onderzoeker aan Penn State, die in januari een nieuwe functie begint als assistent-professor aan de Universiteit van Minnesota Duluth, merkte op dat wormen een krachtig experimenteel systeem zijn.

"Je kunt een hele populatie gastheren in een enkele petrischaal hebben, en je kunt 50 replicapopulaties in een ruimte zo groot als een schoenendoos passen", zei Shaw. "Dit wormvirussysteem kan de zorgvuldige studie mogelijk maken die nodig is om te informeren welke overloopgebeurtenissen waarschijnlijk de volgende COVID-19 zullen worden, en welke minder zorgwekkend zijn voor de gezondheid van mens en dier."

Om hun onderzoek uit te voeren, dat op 21 september werd gepubliceerd in Proceedings of the Royal Society B , gebruikten de onderzoekers soorten aaltjeswormen van het geslacht Caenorhabditis. Een van deze - Caenorhabditis elegans (C. elegans) - wordt vaak gebruikt in andere soorten biologische experimenten.

Om eerst te bepalen of het geslacht Caenorhabditis een nuttig systeem zou zijn voor het bestuderen van de ecologie en evolutie van virusgastheersprongen, onderzocht het team de gevoeligheid van 44 soorten Caenorhabditis voor infectie door het Orsay-virus, een virus waarvan bekend is dat het de goed bestudeerde C elegans soorten, maar niet gedocumenteerd voor te komen in andere soorten. Ze plaatsten kleine hoeveelheden van het virus op petrischaaltjes met populaties van verschillende Caenorhabditis-soorten om te zien of het virus zich kon vermenigvuldigen. Van de 44 geteste soorten waren 14 soorten vatbaar voor het Orsay-virus.

Met behulp van deze 14 soorten vatbare wormen beoordeelde het team vervolgens of deze soorten in staat waren het virus over te dragen door een subset van aan virus blootgestelde wormen te transplanteren naar een virusvrije habitat om zich voort te planten en mogelijk het virus over te dragen aan nakomelingen. Dit proces werd herhaald om te bepalen hoe lang het virus kon blijven bestaan ​​en of het voor onbepaalde tijd kon blijven bestaan.

"We toonden aan dat in dit ene geslacht verschillende gastheersoorten het volledige scala aan mogelijke uitkomsten vertoonden na blootstelling aan een nieuwe ziekteverwekker", zegt Kennedy.

"Sommigen raakten nooit besmet; sommigen raakten besmet maar waren niet in staat het virus over te dragen; sommigen raakten besmet en droegen het virus zo laag over dat de ziekteverwekker uiteindelijk uitstierf; en sommigen raakten geïnfecteerd en droegen het virus goed genoeg over om het virus voor onbepaalde tijd te behouden. Dit is het ruwe materiaal dat nodig is om de vraag te beantwoorden waarom sommige overloopgebeurtenissen leiden tot gastheersprongen en nieuwe ziekten, terwijl andere gewoon uit zichzelf verdwijnen zonder tussenkomst van buitenaf."

In het bijzonder ontdekte het team dat gastheersoorten die nauwer verwant waren aan C. elegans - de inheemse gastheer van het virus - vatbaarder waren voor infectie, en gastheren die nauw verwant waren aan elkaar, hadden meer vergelijkbare gevoeligheid, ongeacht hun relatie met C. elegans .

"Deze patronen in gevoeligheid kunnen te wijten zijn aan het feit dat nauw verwante hosts waarschijnlijk vergelijkbare receptoren hebben voor virusaanhechting, vergelijkbare omgevingen binnen de host voor virussen om te navigeren en vergelijkbare verdedigingen tegen virussen", zegt Shaw.

Kennedy merkte op dat zonder een goed modelsysteem om de verspreiding van virussen te bestuderen, het een uitdaging is om te begrijpen welke factoren nieuwe epidemieën mogelijk maken en hoe de evolutie verloopt bij opkomende pathogenen.

Hij zegt dat "deze wormen niet alleen kunnen worden gebruikt om te onderzoeken hoe ecologie de overloop en opkomst beïnvloedt, maar ook om beter te begrijpen hoe en waarom overloop- en opkomstpatronen kunnen verschillen tussen gastheren." + Verder verkennen

Hoe springen ziekten van de ene soort naar de andere?