Tissue-specific virome variation and diversity of the Himalayan marmot on the Qinghai-Tibet Plateau

Hoch über der Baumgrenze auf dem Qinghai-Tibet-Plateau, dem weltweit höchsten und extremsten Plateau, gedeiht ein einzigartiges Ökosystem in dünner Luft und eisigen Temperaturen. Diese raue Umgebung ist die Heimat des Himalaya-Murmots, eines großen, grabenden Nagetiers, das in dichten Kolonien lebt. Seit Jahrzehnten beobachten Wissenschaftler diese Tiere genau, primär weil sie dafür bekannt sind, Träger der Bakterien zu sein, die die Pest verursachen. Die virale Welt im Inneren dieser Murmelotts ist jedoch weitgehend ein Geheimnis geblieben. Viren sind mikroskopisch kleine Einheiten, die in Tieren leben können, wobei sie manchmal Krankheiten verursachen und manchmal still und ohne Schaden existieren. Sie existieren nicht isoliert; stattdessen bilden sie komplexe Gemeinschaften innerhalb eines Wirts und interagieren miteinander sowie mit den eigenen Zellen des Tieres. Zu verstehen, welche Viren wo im Inneren eines Tieres leben, ist entscheidend, da es Wissenschaftlern hilft vorherzusagen, wie Krankheiten von Tieren auf Menschen überspringen könnten. Wenn wir nur einen Teil eines Tieres betrachten, übersehen wir unter Umächständen das vollständige Bild dessen, was es in sich trägt.

Um dieses Rätsel zu lösen, machte sich ein Team von Forschern des Qinghai Institute for Endemic Disease Prevention and Control auf den Weg, um die virale Landschaft des Himalaya-Murmelotts über seinen gesamten Körper hinweg abzubilden. Sie fingen 70 Wildmurmelotts aus zwei verschiedenen Regionen der Provinz Qinghai und sammelten sorgfältig Proben aus jedem wichtigen Teil des Tieres. Dies beinhaltete Abstriche aus Nase und Rachen, Blut, Kot und sogar den Flöhen, die auf den Tieren lebten. Vor allem aber sammelten sie Gewebeproben aus sechs inneren Organen: Herz, Leber, Milz, Lunge, Nieren und Gehirn. Unter Verwendung einer leistungsstarken Technik namens viraler Metagenomik, die es Wissenschaftlern ermöglicht, den genetischen Code aller Viren in einer Probe gleichzeitig zu lesen, analysierten sie diese 745 Proben, um zu sehen, welche Viren vorhanden waren und wie sie verteilt waren.

Die Forscher fanden heraus, dass die Viren im Inneren eines Murmelotts nicht gleichmäßig verteilt sind. Stattdessen fungiert die Art des Gewebes wie ein Filter, der entscheidet, welche Viren an diesem spezifischen Ort überleben und gedeihen können. Die Studie ergab, dass das Herz und das Gehirn die vielfältigste Mischung an Viren beherbergten, während die Leber und die Nieren die einfachsten Gemeinschaften aufwiesen. Das Blut und die auf den Murmelotts lebenden Flöhe zeigten ebenfalls eine hohe Vielfalt an Viren, was sich signifikant von den Viren unterschied, die im Kot des Tieres gefunden wurden. Als die Wissenschaftler die Daten als Ganzes betrachteten, bildeten die Viren in jedem Organ ihre eigenen, deutlichen Gruppen und gruppierten sich basierend darauf, wo sie gefunden wurden. Das bedeutet, wenn man nur das Blut eines Murmelotts testen würde, sähe man eine völlig andere Menge an Viren als wenn man seine Leber oder seine Lunge testen würde.

Beim tieferen Graben identifizierte das Team spezifische Virusfamilien, die bestimmte Organe bevorzugten. Beispielsweise wurde eine Gruppe von Viren, bekannt als Retroviren und Peduoviridae, in hohen Zahlen im Blut gefunden, während eine andere Gruppe namens Microviren im Kot viel häufiger vorkam. Das Herz war ein Hotspot für bestimmte DNA-Viren, einschließlich Microviridae und Polyomaviridae, und die Lungen sowie die Atemwege hatten ihre eigene einzigartige Sammlung von Viren, einschließlich Retroviridae und Orthoherpesviridae. Die Flöhe trugen eine andere Mischung, die von DNA-Viren dominiert wurde, welche je nach den Blutmahlzeiten der Insekten schwankten. Diese Muster legen nahe, dass die physische und chemische Umgebung jedes Organs eine einzigartige Nische schafft, ganz so, wie verschiedene Pflanzen in unterschiedlichen Bodenarten wachsen. Die Leber, mit ihrer Rolle beim Filtern des Blutes und der Verarbeitung von Nährstoffen, scheint eine spezifische Gruppe von Viren zu unterstützen, während die Nieren, die Abfallstoffe filtern, eine breite Palette von Viruspartikeln aus dem Blutkreislauf auffangen.

Die Studie hob auch die Rolle des Verhaltens des Murmelotts bei der Gestaltung dieser Virusgemeinschaften hervor. Da diese Tiere in überfüllten Bauen leben und lange Zeiträume hibernieren, sind sie ständig Viren von ihren Nachbarn und ihrer Umgebung ausgesetzt. Die Forscher stellten fest, dass die in Nase und Rachen gefundenen Viren mit den Risiken übereinstimmten, die durch das Einatmen von Staub und Pathogenen aus dem Bau entstehen. Unterdessen wurde der Darm stark durch das beeinflusst, was die Tiere fraßen und durch die Bakterien, die in ihren Därmen lebten. Die Anwesenheit spezifischer Viren in der Milz, einem Organ, das das Blut filtert und Infektionen bekämpft, deutete darauf hin, dass dieses Organ als Sensor fungiert, der Viren aus dem Blutkreislauf auffängt und sie entweder eliminiert oder deren Vermehrung zulässt.

Obwohl die Studie eine detaillierte Karte darüber lieferte, wo welche Viren im Murmelott leben, waren die Forscher sorgfältig darin, was sie noch nicht bestimmen konnten. Sie identifizierten die Arten der vorhandenen Viren, konnten aber nicht mit Sicherheit sagen, ob diese Viren infektiös waren oder Krankheiten bei den Tieren verursachten. Die Studie stützte sich auf die Gensequenzierung, die Wissenschaftlern sagt, was da ist, aber nicht unbedingt, was es tut. Darüber hinaus konnten sie, da sie keine Proben aus dem Boden oder dem Wasser rund um die Bauten sammelten, nicht bestätigen, ob die gefundenen Viren aus der Umgebung stammten oder vollständig im Tier produziert wurden. Trotz dieser Einschränkungen bietet die Arbeit eine wichtige Basislinie für das Verständnis der natürlichen Geschichte dieser Tiere.

Diese Forschung verändert die Art und Weise, wie Wissenschaftler die Seuchenüberwachung in Zukunft angehen könnten. Sie zeigt, dass es nicht ausreicht, nur eine einzige Probe, wie etwa einen Bluttest, zu betrachten, um das volle Spektrum der Viren zu verstehen, die ein Tier in sich trägt. Um die Risiken, die diese Tiere für die menschliche Gesundheit darstellen, wirklich zu kennen, müssen Forscher mehrere Teile des Körpers untersuchen. Durch das Verständnis, welche Organe bestimmte Viren bevorzugen, können Gesundheitsbehörden besser vorhersagen, wo gefährliche Erreger sich verstecken könnten und wie sie sich ausbreiten könnten. Für den Himalaya-Murmelott, einen Schlüsselakteur im Ökosystem des Qinghai-Tibet-Plateaus, liefert dieses neue Wissen ein klareres Bild der unsichtbaren Welt, die in ihnen lebt, und ebnet den Weg für einen besseren Schutz sowohl der Tiere als auch der Menschen, die in ihrer Nähe leben.