Как известно тем, кто ежегодно делает прививку от гриппа, иммунная система не идеальна и должна постоянно укрепляться для защиты от быстро развивающихся патогенов.
Новые исследования показывают, что в случае с обычной птицей на заднем дворе несовершенный иммунитет к опасному патогену, который вызывает «птичий конъюнктивит», на самом деле делает патоген сильнее и опаснее для своей следующей жертвы. Выводы, полученные группой из нескольких университетов под руководством Технологического института Вирджинии, были опубликованы 2 марта в журнале Science.
В отличие от людей, дикие птицы не получают вакцин и должны полагаться на свою естественную иммунную систему для защиты от атак патогенов. Иммунная система имеет «память», которая позволяет организмам распознавать прошлых обидчиков и отражать их. Однако в случае частичного иммунитета эти воспоминания не всегда идеальны, и некоторые патогены проникают через дверь.
Дана Хоули, адъюнкт-профессор биологических наук Колледжа наук, руководившая работой, долгое время изучала микоплазменный конъюнктивит у домашних зябликов - заболевание, похожее на «конъюнктивит» у людей. В 2015 году она определила, что птицы, питающиеся кормушками, с большей вероятностью заражаются этой болезнью, которая вызывает покраснение, опухание глаз и часто слепоту, что приводит к смерти.
Увеличение остроты конъюнктивита у зябликов в последние годы насторожило Хоули и ее сотрудников о потенциальной связи между иммунитетом птиц и вирулентностью патогенов. Она сотрудничала с коллегами, специализирующимися в микробиологии и моделировании, чтобы измерить, как бактериальные штаммы различной силы действуют на вьюрков с уже существующим иммунитетом к патогену или без него.
Лабораторные эксперименты показали, что более сильные или более вирулентные штаммы имеют преимущество по нескольким причинам. Одним из самых удивительных было то, что вирулентные штаммы генерируют более полные ответы памяти у вьюрков, оставляя более слабые штаммы с небольшим числом хозяев для заражения. Напротив, более слабые штаммы производят лишь частичную иммунную память, оставляя дверь открытой для проникновения более вирулентных штаммов.
Результаты этого эксперимента затем были смоделированы, чтобы показать, как патоген может перемещаться через всю популяцию вьюрков. Модель показала, что штаммы возбудителя, которые стали доминировать в экспериментальной популяции с неполным иммунитетом, почти в два раза вреднее тех, которые доминируют в отсутствие иммунитета. Таким образом, неполный иммунитет, вероятно, является движущей силой эволюции более вредных штаммов бактерий вьюрков в природе.
Наши результаты важны не только для зябликов. Многие патогены человека и другие патогены животных также обеспечивают лишь неполную защиту от повторного заражения. Таким образом, существует потенциал для иммунного ответа хозяина, который будет благоприятствовать более вредным штаммам у многих типов хозяев. Иммунный ответ является невероятно мощным средством защиты для носителей, но в этом случае несовершенство может быть смертельным», - сказал Хоули, который является членом университетского Центра глобальных изменений, подразделения Института наук о жизни Фралина.
«Сдвиг в пользу более вредных патогенов, который мы наблюдали в результатах моделирования, представляет собой очень резкое увеличение, предполагающее, что иммунные реакции оказывают ключевое влияние на эволюцию этого патогена и других», - сказала Ариетта Флеминг-Дэвис, соавтор исследования. - первый автор статьи и в настоящее время доцент биологии в Университете Сан-Диего. «Что я нашел уникальным в работе над этим исследованием, так это то, что закономерности в экспериментальных данных были настолько сильными - независимо от того, как мы на это смотрели, выявлялся один и тот же важный иммунный эффект».
«Это действительно прорыв, поскольку большая часть того, что мы знаем о коэволюции хозяина и патогена, связана с такими вмешательствами, как вакцинация», - сказал Ариэль Леон, докторант лаборатории Хоули и соавтор статьи..«Кроме того, это исследование дает ценную информацию о том, что заставляет патогены становиться более опасными для диких животных, которые, как мы знаем, являются важными источниками новых инфекционных заболеваний у людей».
«Эксперименты, описанные в журнале Science, изящно объясняют, почему вирулентность патогенов возросла после того, как болезнь была установлена», - сказал Андре Дондт, соавтор, профессор орнитологии Эдвина Х. Моргенса и директор по изучению популяций птиц в Корнеллская лаборатория орнитологии. «Исследования птиц, основанные на любопытстве, могут дать информацию, имеющую отношение к здоровью человека».
«Это исследование предоставляет убедительные доказательства естественной системы птиц о том, что мы должны смотреть на взаимосвязь между вирулентностью первичной инфекции и силой реакции памяти, которую генерирует хозяин», - сказала Энн Тейт, ассистент. профессор биологических наук Университета Вандербильта, который не участвовал в исследованиях.«Когда эти два фактора коррелируют, штаммы с более низкой вирулентностью могут быть злейшими врагами для самих себя, создавая популяцию носителей, устойчивых к ним, но не штаммы с более высокой вирулентностью, которые остаются. Насущный вопрос сейчас заключается в том, в каких и скольких системах болезней микробная вирулентность и сила памяти хозяина коррелируют? Это наиболее вероятно в случаях, когда количество микробов или вызванное микробами повреждение действует как своего рода адъювант для генерации иммунной памяти, и эти условия, вероятно, будут выполняться для ряда важных инфекции человека и животных."
Среди других соавторов статьи Пол Д. Уильямс, бывший научный сотрудник Принстонского университета; Эндрю П. Добсон, профессор кафедры экологии и эволюционной биологии Принстонского университета; Уэсли М. Хочачка, старший научный сотрудник Корнеллской лаборатории орнитологии; Дэвид Х. Лей, почетный профессор управления здоровьем домашней птицы в Университете штата Северная Каролина; и Эрик Э. Оснас, специалист по биометрии Службы рыболовства и дикой природы США.