Perché il virus SARS-CoV-2 ha devastato la popolazione umana globale, ma molti altri virus animali no? Utilizzando i vermi nematodi come modello, i ricercatori della Penn State hanno condotto una serie di esperimenti per studiare i fattori che influenzano gli esiti della malattia degli eventi di spillover del virus. Hanno scoperto che la specie dell'ospite influenza se un virus decollerà in una nuova popolazione. Ad esempio, alcune specie non vengono mai infettate, mentre altre vengono infettate e trasmettono prontamente il virus ad altri individui all'interno della specie.

"Gli agenti patogeni si riversano negli esseri umani con una frequenza alquanto allarmante e un sacco di straordinarie ricerche sono state condotte per determinare dove e quando è più probabile lo spillover", ha affermato David Kennedy, assistente professore di biologia. "Tuttavia, lo studio sperimentale dello spillover del virus in laboratorio per comprendere la probabilità che un virus sia trasmissibile in un nuovo ospite è estremamente impegnativo, soprattutto con la replica necessaria per ottenere informazioni scientifiche".

Clara Shaw, una borsista post-dottorato presso la Penn State, che a gennaio inizierà una nuova posizione come assistente professore presso l'Università del Minnesota Duluth, ha osservato che i vermi sono un potente sistema sperimentale.

"Puoi avere un'intera popolazione di ospiti in una singola capsula di Petri e puoi ospitare 50 popolazioni replicate in uno spazio delle dimensioni di una scatola da scarpe", ha affermato Shaw. "Questo sistema worm-virus può consentire l'attento studio necessario per informare quali eventi di spillover potrebbero diventare il prossimo COVID-19 e quali sono meno preoccupanti per la salute umana e animale."

Per condurre il loro studio, che è stato pubblicato il 21 settembre in Proceedings of the Royal Society B , i ricercatori hanno utilizzato specie di vermi nematodi del genere Caenorhabditis. Uno di questi, Caenorhabditis elegans (C. elegans), è comunemente usato in altri tipi di esperimenti biologici.

Per determinare in primo luogo se il genere Caenorhabditis sarebbe un sistema utile per studiare l'ecologia e l'evoluzione dei salti dell'ospite del virus, il team ha esaminato la suscettibilità di 44 specie di Caenorhabditis all'infezione da parte del virus Orsay, un virus noto per infettare il ben studiato C specie elegans, ma non è documentato che si trovi in ​​altre specie. Hanno posizionato piccole quantità del virus su piastre di Petri che ospitano popolazioni di diverse specie di Caenorhabditis per vedere se il virus poteva replicarsi. Delle 44 specie testate, 14 specie erano suscettibili al virus Orsay.

Utilizzando queste 14 specie di vermi suscettibili, il team ha quindi valutato se queste specie fossero in grado di trasmettere il virus trapiantando un sottogruppo di vermi esposti al virus in un habitat privo di virus per riprodursi e potenzialmente trasmettere il virus alla prole. Questo processo è stato ripetuto per determinare per quanto tempo il virus è stato in grado di persistere e se è stato in grado di persistere indefinitamente.

"Abbiamo dimostrato che in questo genere, diverse specie ospiti hanno mostrato l'intera gamma di possibili risultati in seguito all'esposizione a un nuovo agente patogeno", afferma Kennedy.

"Alcuni non sono mai stati infettati; alcuni sono stati infettati ma non sono stati in grado di trasmettere il virus; alcuni sono stati infettati e hanno trasmesso il virus a livelli così bassi che l'agente patogeno alla fine si è estinto; e alcuni sono stati infettati e hanno trasmesso il virus abbastanza bene da mantenere il virus indefinitamente . Questa è la materia prima necessaria per rispondere alla domanda sul perché alcuni eventi di spillover portano a ospitare salti e nuove malattie mentre altri si esauriscono da soli senza alcun intervento esterno."

In particolare, il team ha scoperto che le specie ospiti più strettamente correlate a C. elegans, l'ospite nativo del virus, erano più suscettibili alle infezioni e gli ospiti strettamente correlati tra loro avevano suscettibilità più simili indipendentemente dalla loro relazione con C. elegans .

"Questi modelli di suscettibilità possono essere dovuti al fatto che gli host strettamente correlati hanno probabilmente recettori simili per l'attaccamento dei virus, ambienti interni all'ospite simili per la navigazione dei virus e difese simili contro i virus", afferma Shaw.

Kennedy ha osservato che senza un buon sistema modello per studiare lo spillover del virus, è stato difficile capire quali fattori facilitano le nuove epidemie e come procede l'evoluzione nei patogeni emergenti.

Dice che "questi vermi possono essere utilizzati non solo per sondare come l'ecologia influenzi lo spillover e l'emergenza, ma anche per capire meglio come e perché i modelli di spillover e di emergenza possono differire tra gli host". + Esplora ulteriormente

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