البيولوجيا والتطوّر > الأحياء الدقيقة

لماذا تشكِّل الخفافيش أرضية خصبة لتطور الفيروسات المميتة؟

كسبت الخفافيش في السنوات الأخيرة اهتمامًا متزايدًا من الباحثين؛ لدورها الرئيس في تشكيل بيئة حاضنة لتطور بعض من أخطر الفيروسات في الذاكرة الحديثة؛ مثل السارس والإيبولا وفيروس كورونا المُستجد مُسبِّب الجائحة الحالية وفق بعض العلماء، وقد عُثِر على أدلة تربط الفيروس المُسبب لداء الكلب بالخفافيش (1).

 فلماذا يلقي العلماء باللوم على المخلوقات المجنحة وما الذي يجعلها بيئة خصبة لتطور الفيروسات المميتة؟

الخفافيش: الثدييات الوحيدة الطائرة

الخفافيش هي المسؤولة عن بعض أكثر الفيروسات الحيوانية المرعبة -تلك التي تنتشر من الحيوانات إلى البشر- في الذاكرة الحديثة. 

وقد رُبط عديدٌ من الفيروسات الخطيرة بالثدييات الوحيدة في العالم القادرة على الطيران الفعلي المستمر (2).

وتشير الدراسات إلى أنَّ مكانتها الفريدة في مملكة الحيوان قد تكون مسؤولة عن هذا السجل الفيروسي.

ووفقًا للدراسات الحديثة، فإنَّ بعض التعديلات نفسها التي سمحت للخفافيش بالانتقال إلى السماء منحتها جهاز مناعة عالي الأداء وفريدًا من نوعه أيضًا. 

وهذا الجهاز المناعي القوي يحبط غزو الفيروسات ويدفعها إلى التكيف بسرعة أكبر ممَّا تفعله في المضيفين الآخرين، ويؤدي هذا الأمر إلى زيادة احتمال إنتاج فيروسات أكثر فتكًا بكثير من مُسببات الأمراض الموجودة في المخلوقات الأخرى؛ لذلك عندما يقفز أحد هذه الفيروسات من الخفافيش إلى البشر، تكون العواقب مقلقة في الغالب. 

تقول كارا بروك؛ الباحثة في جامعة كاليفورنيا بيركيلي UC Berkeley وواحدةٌ من المؤلفين لدراسة نُشِرت في مجلة eLife عن تطور الجينوم الفيروسي في الخفافيش: "يمكن للفيروس أن يتكاثر على نحو أسرع في مضيف الخفافيش دون الإضرار بالمضيف، ولكن؛ عندما ينتقل إلى مضيف آخر يفتقر إلى نظام مناعة الخفافيش، يكون هذا الفيروس ضارًّا للغاية" (3).

ولفَهم كيفية عمل هذا الجهاز المناعي الفريد، علينا فَهم الخلفيات والأسباب التي أدت إلى تطوّره أولًا.

تكلفة الطيران الباهظة

الطيران مكلف للغاية من الناحية الفزيولوجية؛ فلكي تستطيع الخفافيش الطيران عليها توفير الطاقة اللازمة لدعم العمليات اللازمة المرتبطة بالطيران، وتوفر الخفافيش ذلك عن طريق وضع المتقدرات Mitochondria في الخلية على وضع أداء عالٍ (4). والمتقدرات عضياتٌ موجودة في خلايا حقيقيات النوى تحوِّل مواد مختلفة كالحموض الأمينية والغلوكوز إلى طاقة مختزنة في جزيئات كيميائية خاصة تستطيع الإنزيمات بعد ذلك استغلالها لإنجاز العمليات المختلفة، والمشكلة أنَّ المتقدرات تنتج ما يسمى "مركبات الأوكسجين التفاعلية Oxygen reactive species" أيضًا، وهي مركبات كيميائية تحتوي على ذرات أوكسيجن نشطة كيميائيًّا على نحو كبير (مثل الجذور الحرة لأيونات الأوكسجين والبيروكسيدات)، وعادةً ما تستغل الخلية (وبالأخص خلايا الجهاز المناعي) هذه المركبات لأغراض عديدة من تدمير الأجسام الغازية إلى نمو الخلية وبقائها، ويجري تحييد ما يتبقى من مركبات الأوكسجين التفاعلية عن طريق مضادات الأكسدة (5). ولكنَّ متقدرات خلايا الخفافيش تنتج كثيرًا من مركبات الأوكسجين التفاعلية إلى درجة أنَّ باقي منظومات الخلية لا تستطيع معها تحييد المتبقي من هذه المركبات التي تُشكِّل خطرًا على الخلية وتدمِّر عديدًا من البروتينات وتسبب أضرارًا للحمض النووي والجدار الخلوي؛ لذلك تؤدي هذه المركبات دورًا رئيسًا في عديد من الأمراض كالسرطان مثلًا (4 ، 6 ،7).

إذًا، فالرحلة إلى السماء مكلفة للغاية من الناحية الفزيولوجية.

ولكي تتباعد الخفافيش عن أسلافها المرتبطة بالأرض، لم يكن على الخفافيش تطوير أجنحةٍ فحسب؛ بل تعديل معدَّل استقلاب أعلى بكثير من الثدييات الأرضية الصغيرة. 

وفي أي حيوان آخر -خاصة مثل هذا الحيوان الصغير- سيأتي هذا على حساب عمر أقصر؛ لأنَّ مستويات التمثيل الغذائي المرتفعة تنتج مزيدًا من الجذور الحرة الضارة بالخلايا، ولكنَّ الخفافيش تعيش طويلًا نسبيًّا وقد وُثِِّقت بعض أنواع الخفافيش التي تعيش إلى ما يقارب 40 عامًا أو قرابة 8 مرات عمر الثدييات المشابهة في الحجم (8).

وعلى ما يبدو فإنَّ الخفافيش لم تطوّر أجنحة وحسب؛ بل طوَّرت نظامًا فيزيولوجيًّا خلويًّا فريدًا من نوعه أيضًا، والذي سمح لهذه المخلوقات البديعة بالتحكُّم بعملية التقدم في العمر؛ ولهذا كانت الخفافيش محط أنظار الباحثين -دائمًا- لدراسة العمليات البيولوجية المرتبطة بالشيخوخة.

أضرار أكثر، إصلاح أسرع

وحقيقة أنَّ الخفافيش لا تموت أو تصاب بالسرطان بعد كل محاولة طيران جعلت من هذه المخلوقات الليلية مركز اهتمام الباحثين الذين يدرسون الآليات الخلوية لإصلاح الحمض النووي والبروتينات المرتبطة به. 

فلطالما اشتبه الباحثون بكون آليات الإصلاح الخلوي في الخفافيش تعمل بوتيرة أكبر وأسرع من باقي الثدييات، وهذا ما أُكِِّد في دراسة نُشِرت في دورية (Nature: Ecology and Evolution) في حزيران/ يونيو من العام الماضي قارن فيها الباحثون تسلسلات الحمض النووي الريبي RNA لمجموعة من الخفافيش معلومةِ العمر مع ثدييات أخرى بحثًا عن أنماط وتغيرات مصاحبة للتقدم في العمر.

وكانت النتيجة أنَّ الخفافيش لم تُظهر أنماطًا مشابهة لباقي الثدييات من بينها الإنسان؛ بل أظهرت نمطًا فريدًا من أشكال التعبير الجيني المرتبط بالعمر Age-related gene expression المرتبط بزيادة في معدلات إصلاح الحمض النووي والمناعة وقمع الأورام ارتباطًا -على ما يبدو- يزيد من صحتهم (9).

إذًا، فخلايا الخفافيش يمكنها إنتاج طاقة كبيرة دون أن تموت أو تتحول إلى سرطانية، ويمكنها إصلاح أضرار الحمض النووي بوتيرة أسرع وأفضل من باقي الثدييات، ولكنَّ أضرار الحمض النووي جميعها لا تكون بسبب إنتاج الطاقة المفرط؛  إذ إنَّ بعضها قد يكون إشارةً إلى وجود عدوى فيروسية، فكيف يتعامل الجهاز المناعي للخفافيش مع هذه المشكلة؟

كثيرٌ من الدفاع قد يعني الموت

في الحالة العادية -لدى باقي الثدييات- يطلق أيُّ ضرر يصيب الحمض النووي استجابةً تتضمن استجابةً مناعية مُتمثلة في التهاب Inflammation للخلية أو المنطقة المصابة. 

فتقتل خلايا الدم البيضاء الأجسام الغازية والخلايا المصابة في خضم هذه المعركة (10).

ولكن؛ كما قلنا سابقًا، فإنَّ خلايا الخفافيش تختبر أضرارًا في الحمض النووي بوتيرة أكبر بكثير من باقي الثدييات، ومنه فإنَّ على الجهاز المناعي للخفافيش أن يمتلك استجابةً لأضرار الحمض النووي في الخلايا على نحو مغاير، وإلا فإنَّه سيقتل عددًا كبيرًا من الخلايا مؤديًا إلى فشل الأعضاء ووفاة الكائن (11 ، 12 ، 13).

إذًا، فالطيران بالنسبة إلى الثدييات يجب أن يكون حكمًا بالإعدام، ولكنَّ الخفافيش استطاعت في رحلتها التطوّرية الطويلة أن تكسر هذا القيد وأن تصل إلى السماء، فكيف يعمل هذا الجهاز المناعي الفريد؟

جهاز مناعي بدون التهابات

السبب وراء كون الخفافيش لا تعاني من التهاب دائم هو أنَّها كبحت جماح البروتينات المسؤولة عن إرسال الإشارات لتشكيل التهاب عندما يُرصد أيُّ فيروس (14).

وهذا يعني أنَّ الخفافيش عرضة للإصابة بالفيروسات دائمًا، ولكن؛ لماذا تُصاب الخفافيش بالفيروسات ولا تُصاب بالمرض؟

إنَّ الجهاز المناعي للخفافيش مُصمم على التسامح مع أضرار الحمض النووي أيًّا كان سببها، ولكن؛ لمجابهة الآثار الجانبية لذلك فإنَّ آليات الخلايا نفسها المحاربة للفيروسات طُوِّرت أيضًا، وواحد من هذه الآليات بروتين interferon-alpha. 

إنَّ Interferon-alpha بروتين شائعٌ في الاستجابات المناعية للثدييات لمواجهة الفيروسات، ويحفز البروتين آليات لإبطاء نسخ الفيروس وانتشاره في الخلية وتعطيل ذلك كله، ويُستعمل أيضًا للإشارة إلى خلايا الجهاز المناعي لتشكيل التهاب، ويشير إلى الخلايا الأخرى في أنحاء الجسم كله بأنَّه يجب أن تحصِّن نفسها ضد هجوم وشيك (15).

وفي باقي الثدييات فإنَّ الحالة العادية هي تعطيل الإنترفيرون إلى حين رصد فيروس مُعادٍ؛ لكي لا تنقلب الاستجابة المناعية على الجسم مسببةً أيَّة أضرار. 

ولكنَّ تفعيل الإنترفيرون بطيء، ويمر بتفاعلات كيميائية خلوية عديدة، ولهذا؛ فإنَّ الوضع الطبيعي لإنترفيرون ألفا في الخفافيش هو التفعيل، وعلى الأخص كون الاستجابة المناعية لتشكيل الالتهابات مكبوحة الجماح (16).

وهذا الأمر يؤدي أيضًا إلى مكافحة الآليات التي تستعملها بعض الفيروسات من أجل تعطيل العمليات الخلوية المؤدية إلى تفعيل إنترفيرون ألفا كما يفعل فيروس HIV أو Herpesviruses في الإنسان (17، 18).

وهذا الإنترفيرون ليس الأداة الوحيدة التي كيَّفتها الخفافيش لمحاربة الفيروسات؛ إذ وجد العلماء بأنَّ الأنزيمات التي تُدمِّر الحمض النووي الريبي للفيروسات كإنزيم RNAse L -على عكسنا وعكس معظم الثدييات- يمكن تفعيلها عن طريق بروتينات الإنترفيرون مباشرةً؛ ما يؤدي إلى تعزيز الاستجابة المناعية ضد العدوى الفيروسية.

وبالإضافة إلى هذا، يشتبه العلماء بوجود آليات وجينات إضافية في الخفافيش مختصة في التعرف إلى أيَّة عدوى فيروسية. 

وهذا العمل الجماعي بين مختلف الآليات المناعية يؤدي إلى قتل العدوى في المهد قبل أن تتحول إلى مرض مميت (19، 20، 22).

وعلى الرغم من هذه المعرفة كلها عن الخفافيش، والتي اكتسبناها في السنوات الأخيرة، فإنَّنا ما نزال نملك -إلى اليوم- أسئلةً أكثر بكثير من الأجوبة. 

إنَّ الخفافيش بجهازها المناعي الفريد وآلياتها الخلوية المميزة قد تحمل السر لعلاج كثير من الأمراض المستعصية اليوم، وقد تفتح لنا آفاقًا جديدة في الطب والعلوم الحيوية.

الدفاع الذي لا يُقهر يخلق أعداءً لا يقهرون

إنَّ دفاعات الخفافيش القوية تعني أنَّ خلاياها قد عزلت نفسها فعليًّا عن الفيروسات، ولكنَّ هذا لا يعني أنَّ الفيروسات تختفي؛ بل يعني أنَّ هذا الجهاز المناعي القوي يولد ضغطًا تطوريًّا كبيرًا على الفيروسات، ومنه فإنَّ الفيروسات التي تستطيع الصمود والبقاء في الخفافيش هي تلك الفيروسات القوية التي تستطيع الاختباء من هذه الأنظمة الدفاعية العاتية كلها وتدميرها، وهكذا ولدت بعض أشرس الأمراض في عصرنا.

والعادات الإجتماعية للخفافيش تساهم أيضًا في انتشار الفيروسات وبقائها؛ إذ إنَّ الخفافيش تعيش في أسراب كبيرة في كهوف رطبة ومزدحمة؛ أي إنَّ بإمكان الفيروس أن ينتقل من فرد إلى آخر بسهولة، بالإضافة إلى أنَّ الخفافيش تنشر الفيروسات عن طريق لعابها المتطاير عندما تستعمل الصوت لتحديد أماكن الفرائس Echolocation. 

المجرم في قفص الإدانة: الإنسان

حتى عندما نعترف بتهديد الخفافيش على الصحة العامة كونهم حاضنين محتملين لفيروسات خطيرة يمكن أن تقفز إلينا في أي اتصال معهم، يجب علينا الحرص على عدم تشويه سمعة هذه المخلوقات؛ إذ إنَّ السبب في تفشي الأمراض الناشئة الخطيرة كـ  SARS لم يكن ذنب الخفافيش؛ بل ذنب البشر الذين يعتدون على موطن الحيوانات البرية ويصيدونها، وهو ما يضغط على هذه الحيوانات ويؤدي إلى اتصالنا المباشر مع حيوانات جديدة تحمل فيروسات لم نتعرض إليها من قبل.

ويجب عليك عزيزي القارئ أن لا تنسَ بأنَّ الخفافيش تؤدي دورًا مهمًّا جدًّا في البيئة وتلقيح الأزهار والأشجار (تمامًا كالنحل)، وبأنَّ هذا الدور يُؤثَّر به تأثيرًا متزايدًا مع التوسع المعماري للإنسان مُجبرًا الخفافيش على مواجهة خيارين لا ثالث لهما، وهما إما الموت جوعًا أو الصيد في الأماكن التي احتلها البشر (21).

إنَّ من السهل جدًا لوم الآخرين على أخطائنا، وبالأخص إن كانوا كائنات لا تقوى على الدفاع عن نفسها وإبداء موقفها والحديث في الإعلام، فالإنسان قد يكون كائنًا واحدًا من ملايين أنواع الحيوانات التي تعيش على هذه الأرض، ولكنَّه بالتأكيد الكائن الوحيد الذي يتصرف كما لو أنَّه كان يملك الكوكب بأكمله.

المصادر: 

  1. Kuzmin I, Bozick B, Guagliardo S, Kunkel R, Shak J, Tong S et al. Bats, emerging infectious diseases, and the rabies paradigm revisited. Emerging Health Threats Journal. 2011;4(1):7159. هنا
  2. Glaeser G, Paulus H, Nachtigall W, Glaeser G. The evolution of flight.هنا
  3. Cottier C. Why Bats Are Breeding Grounds for Deadly Diseases Like Ebola and SARS [Internet]. Discover Magazine. 2020 [cited 24 May 2020]. Available from: هنا
  4. Shen Y, Liang L, Zhu Z, Zhou W, Irwin D, Zhang Y. Adaptive evolution of energy metabolism genes and the origin of flight in bats. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2010;107(19):8666-8671. هنا
  5. Yang Y, Bazhin A, Werner J, Karakhanova S. Reactive Oxygen Species in the Immune System. International Reviews of Immunology. 2013;32(3):249-270. هنا
  6. Agarwal A, Sharma R, Gupta S, Harlev A, Ahmad G, Du Plessis S et al. Oxidative stress in human reproduction. هنا
  7. Gonzalez-Hunt C, Wadhwa M, Sanders L. DNA damage by oxidative stress: Measurement strategies for two genomes. Current Opinion in Toxicology. 2018;7:87-94. هنا
  8. Wilkinson G, Adams D. Recurrent evolution of extreme longevity in bats. Biology Letters. 2019;15(4):20180860. هنا
  9. Huang Z, Whelan C, Foley N, Jebb D, Touzalin F, Petit E et al. Longitudinal comparative transcriptomics reveals unique mechanisms underlying extended healthspan in bats. Nature Ecology & Evolution. 2019;3(7):1110-1120. هنا
  10. Soria-Valles C, López-Soto A, Osorio F, López-Otín C. Immune and inflammatory responses to DNA damage in cancer and aging. Mechanisms of Ageing and Development. 2017;165:10-16. هنا
  11. Rosenthal M, Moore F. Persistent Inflammation, Immunosuppression, and Catabolism: Evolution of Multiple Organ Dysfunction. Surgical Infections. 2016;17(2):167-172. هنا
  12. Sauaia A, Moore F, Moore E. Postinjury Inflammation and Organ Dysfunction. Critical Care Clinics. 2017;33(1):167-191. هنا
  13. Schneeberger K, Czirjak G, Voigt C. Inflammatory challenge increases measures of oxidative stress in a free-ranging, long-lived mammal. Journal of Experimental Biology. 2013;216(24):4514-4519. هنا
  14. Ahn M, Anderson D, Zhang Q, Tan C, Lim B, Luko K et al. Dampened NLRP3-mediated inflammation in bats and implications for a special viral reservoir host. Nature Microbiology. 2019;4(5):789-799. هنا
  15. Finter N, Chapman S, Dowd P, Johnston J, Manna V, Sarantis N et al. The Use of Interferon-α in Virus Infections. Drugs. 1991;42(5):749-765. هنا
  16. Subudhi S, Rapin N, Misra V. Immune System Modulation and Viral Persistence in Bats: Understanding Viral Spillover. Viruses. 2019;11(2):192. هنا
  17. Sutter K, Dickow J, Dittmer U. Interferon α subtypes in HIV infection. Cytokine & Growth Factor Reviews. 2018;40:13-18. هنا
  18. García-Sastre A. Ten Strategies of Interferon Evasion by Viruses. Cell Host & Microbe. 2017;22(2):176-184. هنا
  19. De La Cruz-Rivera P, Kanchwala M, Liang H, Kumar A, Wang L, Xing C et al. The IFN Response in Bats Displays Distinctive IFN-Stimulated Gene Expression Kinetics with Atypical RNASEL Induction. The Journal of Immunology. 2017;200(1):209-217. هنا
  20. Banerjee A, Baker M, Kulcsar K, Misra V, Plowright R, Mossman K. Novel Insights Into Immune Systems of Bats. Frontiers in Immunology. 2020;11. هنا
  21. Sritongchuay T, Hughes A, Bumrungsri S. The role of bats in pollination networks is influenced by landscape structure. Global Ecology and Conservation. 2019;20:e00702. هنا
  22. Zhang Q, Zeng LP, Zhou P, et al. IFNAR2-dependent gene expression profile induced by IFN-α in Pteropus alecto bat cells and impact of IFNAR2 knockout on virus infection PLoS One. 2017;12(8):e0182866. Published 2017 Aug 9. doi:10.1371/journal.pone.0182866 هنا