Οι νυχτερίδες αποτελούν ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της φύσης, καθώς μπορούν να φιλοξενούν στο σώμα τους μερικούς από τους πιο φονικούς ιούς του πλανήτη. Ωστόσο, οι ίδιες φαίνεται να διαθέτουν μια «ασπίδα» που τις κρατά απόλυτα υγιείς.
Μια νέα επιστημονική έρευνα έρχεται τώρα να ρίξει φως σε αυτό το παράδοξο, φέρνοντας στο φως ανατρεπτικά στοιχεία που ίσως αλλάξουν τον τρόπο που κατανοούμε την άμυνα των οργανισμών απέναντι στις πανδημίες.
Οι νυχτερίδες της οικογένειας Vespertilionidae (νυχτερίδες της εσπέρας), η μεγαλύτερη οικογένεια νυχτερίδων, δημιουργούν αντισώματα με έναν τρόπο που κανένα άλλο θηλαστικό δεν μπορεί.
Φέρουν δύο ξεχωριστά σύνολα γονιδίων, τα οποία παράγουν αυτές τις πρωτεΐνες που καταπολεμούν τις λοιμώξεις. Οι νυχτερίδες φέρουν μερικούς από τους πιο επικίνδυνους ιούς που γνωρίζει η επιστήμη.
Κι όμως, οι ίδιες οι νυχτερίδες σπάνια αρρωσταίνουν σοβαρά.Αυτό το χάσμα προβληματίζει τους βιολόγους εδώ και χρόνια. Μια νέα ανακάλυψη προσφέρει ένα πιθανό στοιχείο για τη λύση του μυστηρίου.
Η μοναδική βιολογική «ασπίδα» που δεν υπάρχει σε κανένα άλλο θηλαστικό
Η έρευνα διεξήχθη υπό την καθοδήγηση της Χάνα Φρανκ (Hannah Frank), αναπληρώτριας καθηγήτριας οικολογίας και εξελικτικής βιολογίας στο Πανεπιστήμιο Tulane.
Η γενετική ανάλυση πραγματοποιήθηκε σε εργαστήρια του Πανεπιστημίου Στάνφορντ (Stanford), ενώ στην προσπάθεια συμμετείχαν επίσης ερευνητές από τα Κέντρα Ελέγχου και Πρόληψης Νοσημάτων (CDC) των ΗΠΑ.
“Δεν έχουμε ξαναδεί κάτι παρόμοιο σε θηλαστικό στο παρελθόν”, δήλωσε η Φρανκ. “Αυτό αλλάζει εντελώς την κατανόησή μας για το πώς μπορεί να είναι οργανωμένο το ανοσοποιητικό σύστημα των θηλαστικών και εγείρει συναρπαστικά νέα ερωτήματα σχετικά με το γιατί οι νυχτερίδες είναι τόσο επιτυχημένες εξελικτικά και πώς ανταποκρίνονται στους ιούς”.
Δύο ξεχωριστά σύνολα γονιδίων για την παραγωγή αντισωμάτων
Τα αντισώματα είναι πρωτεΐνες σε σχήμα Υ. Κάθε ένα από αυτά διαθέτει δύο βαριές αλυσίδες και δύο ελαφρύτερες αλυσίδες που συνδέονται με τους εισβολείς.
Στους ανθρώπους και σε κάθε άλλο γνωστό θηλαστικό, ένα μοναδικό σύνολο γονιδίων κατασκευάζει αυτές τις βαριές αλυσίδες. Οι νυχτερίδες της εσπέρας (Vesper bats) φέρουν δύο σύνολα, σε δύο ξεχωριστά χρωμοσώματα.
Οι ερευνητές μελέτησαν τη μεγάλη καφέ νυχτερίδα (big brown bat), ένα κοινό είδος της Βόρειας Αμερικής. Ένα από τα δύο γονιδιακά της σύνολα περιλαμβάνει 33 γονίδια αντισωμάτων, ενώ το άλλο περιλαμβάνει 99.
Τα περισσότερα αρχικά γονίδια προσφέρουν στις νυχτερίδες περισσότερα πιθανά αντισώματα. Αυτή η επιπλέον ποικιλία θα μπορούσε να τις βοηθήσει να αντιδρούν σε ένα ευρύτερο φάσμα μικροβίων.
Αποκωδικοποιώντας τη διαφορά: Πώς λειτουργούν τα δύο γενετικά αντίγραφα
Τα δύο γονιδιακά σύνολα δεν κάνουν την ίδια δουλειά. Το καθένα διαμορφώνει τα αντισώματά του με διαφορετικό τρόπο.
Το ένα σύνολο εξελίσσει τα αντισώματά του σε μεγάλο βαθμό. Αυτά τα αντισώματα μεταλλάσσονται και βελτιώνονται μέχρι να προσδεθούν σφιχτά σε έναν και μόνο στόχο.
Το άλλο σύνολο ξεκινά με πολύ περισσότερα γονίδια, αλλά τα τροποποιεί λιγότερο.
Τείνει να παράγει αντισώματα ευρύτερου φάσματος, τα οποία αναγνωρίζουν χαλαρά πολλούς και διαφορετικούς στόχους.
Μαζί, τα δύο αυτά σύνολα μπορούν να καλύψουν δύο ανάγκες ταυτόχρονα:
- Ισχυρά, εξειδικευμένα αντισώματα προέρχονται από το πρώτο σύνολο, και μια ευρεία, ευέλικτη κάλυψη από το δεύτερο.
Κυτταρική πειθαρχία: Ο κανόνας του ενός αντισώματος
Τα δύο γονιδιακά σύνολα εγείρουν ένα προφανές ερώτημα: Προσπαθεί ένα μόνο ανοσοποιητικό κύτταρο της νυχτερίδας να χρησιμοποιήσει και τα δύο ταυτόχρονα;
Η απάντηση φαίνεται να είναι αρνητική. Κάθε κύτταρο εξακολουθεί να καταλήγει σε μία μόνο βαριά αλυσίδα, με τρόπο παρόμοιο με αυτόν που λειτουργούν τα δικά μας κύτταρα.
Η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι το ένα από τα δύο σύνολα συνήθως αναδιατάσσεται πρώτο. Το κύτταρο δοκιμάζει το δεύτερο σύνολο μόνο στην περίπτωση που αυτή η πρώτη προσπάθεια αποτύχει. Αυτή η σειρά διατηρεί κάθε αντίσωμα καθαρό και λειτουργικό.
Δείχνει επίσης ότι τα δύο σύνολα δεν αποτελούν απλώς εφεδρικά αντίγραφα το ένα του άλλου.
Το μυστήριο βαθαίνει: Η νέα αναπάντεχη ανακάλυψη για τα αντισώματα των νυχτερίδων
Τα αντισώματα χρειάζονται τόσο βαριές όσο και ελαφριές αλυσίδες για να λειτουργήσουν. Οι νυχτερίδες εξέπληξαν τους ερευνητές και σε αυτό το σημείο.
Ενώ τα περισσότερα θηλαστικά μπορούν να παράγουν δύο τύπους ελαφριάς αλυσίδας, η μεγάλη καφέ νυχτερίδα παράγει μόνο έναν. Ακόμη και με έναν μόνο τύπο ελαφριάς αλυσίδας, η νυχτερίδα δεν έχασε την ποικιλομορφία των αντισωμάτων της.
Η μοναδική οικογένεια γονιδίων της ελαφριάς αλυσίδας της περιέχει περισσότερα από 100 λειτουργικά γονίδια – περισσότερα από τις δύο οικογένειες ελαφριάς αλυσίδας του ανθρώπου μαζί.
Με άλλα λόγια, αυτές οι νυχτερίδες απέκλεισαν ένα μέρος του συστήματος, ενώ ενίσχυσαν πλουσιοπάροχα το άλλο. Ολόκληρο το προσχέδιο των αντισωμάτων τους φαίνεται να έχει ξαναγραφτεί από την αρχή, και όχι απλώς να έχει διπλασιαστεί.
Το μυστικό της μακροβιότητας: Πώς οι νυχτερίδες κυριάρχησαν στην εξέλιξη
Το συγκεκριμένο μοτίβο δεν περιορίζεται σε ένα μόνο είδος. Η ερευνητική ομάδα εξέτασε τα γονιδιώματα 26 συγγενικών ειδών νυχτερίδας.
Σχεδόν όλα έφεραν το ίδιο διπλασιασμένο σύστημα.
Τα στοιχεία δείχνουν ένα μοναδικό συμβάν βαθιά στο παρελθόν της οικογένειας.
Ο διπλασιασμός πιθανότατα συνέβη μία φορά σε έναν κοινό πρόγονο, πριν από δεκάδες εκατομμύρια χρόνια.
Έκτοτε, οι νυχτερίδες της εσπέρας (vesper bats) έχουν εξελιχθεί σε περισσότερα από 500 είδη, σε κάθε ήπειρο εκτός από την Ανταρκτική.
Αυτή η μακροχρόνια επιτυχία προσελκύει την προσοχή των επιστημόνων εδώ και δεκαετίες. Αυτό το δεύτερο σύστημα αντισωμάτων ίσως είναι ένας από τους λόγους πίσω από αυτήν.
Το επόμενο βήμα στη μάχη κατά των ιών: Οι νέες προοπτικές
Η ανακάλυψη αυτή δεν λύνει πλήρως το μυστήριο του πώς οι νυχτερίδες συμβιώνουν με τους ιούς.
Δείχνει, ωστόσο, ότι το ανοσοποιητικό τους σύστημα κρύβει εκπλήξεις που αξίζει να μελετηθούν.
“Πιστεύουμε ότι αυτή η ανακάλυψη είναι ένα σημαντικό κομμάτι του παζλ”, δήλωσε η Φρανκ (Frank). “Δεν εξηγεί πλήρως γιατί οι νυχτερίδες αποτελούν τόσο αποτελεσματικές αποθήκες ιών, αλλά αποκαλύπτει ένα επίπεδο ανοσολογικής ποικιλομορφίας που δεν γνωρίζαμε ότι υπήρχε και μας δίνει μια εντελώς νέα κατεύθυνση προς εξερεύνηση”.
Το μεγαλύτερο μέρος των ερευνών για το ανοσοποιητικό σύστημα των νυχτερίδων έχει επικεντρωθεί στην έμφυτη άμυνά τους, δηλαδή στη γρήγορη και γενική απόκριση του οργανισμού.
Η Φρανκ επεσήμανε ότι αυτή η μελέτη στρέφει αντίθετα την προσοχή στην επίκτητη (προσαρμοστική) πλευρά, το κομμάτι εκείνο που παράγει τα αντισώματα.
Η σύνδεση με την ανθρώπινη υγεία: Γιατί μας αφορά η άμυνα των νυχτερίδων
Οι νυχτερίδες κάνουν πολλά περισσότερα από το να μεταφέρουν απλώς ιούς.
Επικονιάζουν φυτά, διασπείρουν σπόρους και καταναλώνουν τεράστιους αριθμούς επιβλαβών εντόμων. Αποτελούν επίσης φυσικούς ξενιστές για πολλά μικρόβια που μπορούν να μεταπηδήσουν σε άλλα ζώα. Το να κατανοήσουμε πώς παραμένουν υγιείς θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να παρακολουθούν αυτές τις μεταπηδήσεις.
Τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι οι προηγούμενες έρευνες για τα αντισώματα των νυχτερίδων ενδέχεται να είχαν χάσει ένα μέρος της συνολικής εικόνας.
Οι δοκιμές που είχαν σχεδιαστεί γύρω από έναν μόνο τύπο αντισώματος θα μπορούσαν να παραβλέψουν αποκρίσεις που καθοδηγούνται από το δεύτερο γονιδιακά σύνολο.
Τα μαθήματα της άγριας φύσης στην υπηρεσία της επιστήμης
“Έχουμε μάθει ένα τεράστιο πλήθος πραγμάτων για την ανοσία μελετώντας τους ανθρώπους και τα ποντίκια εργαστηρίου”, δήλωσε η Φρανκ (Frank). “Όμως ο φυσικός κόσμος έχει πολύ μεγαλύτερη ποικιλομορφία από αυτό. Κάθε φορά που μελετάμε ένα είδος που έχει εξελιχθεί διαφορετικά, έχουμε την ευκαιρία να ανακαλύψουμε κάτι εντελώς νέο”.
Η ανακάλυψη υποδηλώνει ότι οι νυχτερίδες θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην αποκάλυψη εντελώς νέων τρόπων με τους οποίους εξελίσσονται και λειτουργούν τα ανοσοποιητικά συστήματα, προσφέροντας φρέσκες ιδέες για το πώς τα ζώα συνυπάρχουν με ιούς που προκαλούν ασθένειες.
Η μελέτη έχει δημοσιευτεί στο περιοδικό Science Advances.
