植物可以从实验室的土壤中吸收引起CWD的朊病毒。如果它们被吃掉会怎样?

植物可以从实验室的土壤中吸收引起CWD的朊病毒。如果它们被吃掉会怎样?

Plants can take up CWD-causing prions from soil in the lab. What happens if they are eaten?

植物可以从实验室的土壤中吸收引起CWD的朊病毒。如果它们被吃掉会怎样?

大麦

约翰·内文 / Flickr

当克里斯托弗·约翰逊(Christopher Johnson)博士着手研究喂食朊病毒污染植物的实验室小鼠是否会患上神经退行性疾病时,他预计这些植物只会吸收小的朊病毒簇,但它们吸收了鹿和其他动物中朊病毒疾病特征的大簇。

话又说回来,“朊病毒总是令人惊讶,”该研究的合著者、弗吉尼亚州雷斯顿美国地质调查局科学质量与诚信办公室副主任约翰逊告诉CIDRAP新闻。 “但也许我们不应该被允许对它们感到惊讶,因为它们对降解的抵抗力如此之强,而且它们是如此有弹性,以至于在不寻常的环境中发现朊病毒可能是我们都应该开始期待的事情。

朊病毒是传染性错误折叠的蛋白质,可导致致命的神经退行性疾病,例如鹿和麋鹿等鹿科动物的慢性消耗性疾病 (CWD)、绵羊和山羊的痒病、牛的牛海绵状脑病(BSE,或“疯牛病”)和人类的克雅氏病。

在CWD的情况下,一旦动物被感染,它就可以通过直接接触、唾液、鹿茸、尿液、粪便和尸体传播疾病,朊病毒可以在环境中持续存在多年。一旦动物暴露,宿主的潜伏期(症状出现前的时间)被认为长达 2 年。

但鉴于CWD在北美以及欧洲和亚洲部分地区的迅速传播,科学家们质疑它是否也通过不同的途径传播,例如摄入受污染的植物。

朊病毒在植物中仍然具有传染性

虽然自1970年代以来,研究人员一直在试验植物对蛋白质的吸收,但约翰逊及其同事的实验室研究于12月发表在iScience上,使这些研究更进一步。他们证明,苜蓿、大麦和拟南芥(一种来自菜科的小型植物,称为水芹和其他名称)都从受污染的土壤中积累了足够的朊病毒,导致摄入植物组织的小鼠患上朊病毒病。

“之前有一项研究旨在观察植物是否会受到表面污染或可能积聚朊病毒,看起来它们可以,”约翰逊说。“我们的研究表明,在这些实验室条件下,食用受污染的植物可能会导致感染,”对野生动物保护、农业和公共卫生产生影响。

一项研究的主要作者、UTHealth Houston麦戈文医学院神经病学副教授Sandra Pritzkow博士说,朊病毒不能在植物中复制或繁殖,因此植物和蚯蚓一样,应该被视为潜在的携带者而不是宿主。

2015年发表在《细胞报告》(Cell Reports)上的Pritzkow实验室研究表明,在大脑、尿液或粪便中稀释的朊病毒可以与小麦草根和叶子结合并被吸收。他们还表明,野生型仓鼠吃了在受感染的大脑物质中孵化的受污染的草,随后被感染,作者说,这表明“环境朊病毒污染在疾病的水平传播中可能起作用”。

两种食鹿植物
丹尼斯·丘奇 / Flickr cc

约翰逊说,发现植物可以从受污染的土壤中积累朊病毒,至少在实验室中,至少在实验室中,这是令人担忧的:”在农业方面,植物显然是跨大陆、跨世界的,所以你知道,这引起了人们的担忧,即这些植物可能能够将朊病毒带到新的地方,或者当它们处于一个可能被认为不会发生慢性消耗性疾病的地方时,它们可能会暴露动物或人类。

明尼苏达州朊病毒研究与推广中心(MNPRO)环境化学主任、 明尼苏达大学CIDRAPCWD应急计划项目工作组成员Stuart Lichtenberg博士指出,鉴于朊病毒的行为,在作物中消除朊病毒感染的可能性很低。

他说,如果栽培作物吸收了足够数量的朊病毒来具有传染性,“只要食物或饲料或你储存的东西,这些朊病毒就会保持传染性。“如果一个农民种植了一片苜蓿田,并将其用作动物的草料,储存了一两个季节,即使在割了草、苜蓿、干草之后,当它喂给动物时,它仍然会感染朊病毒。”

修复作物中朊病毒的吸收是一个相对未开发的领域。例如,如果你能将热点归零,那么漂白剂等高浓度化学物质就可以发挥作用,Lichtenberg说,“但显然,在玉米地上喷洒大量漂白剂存在问题。

挪威采取行动防止进口受污染植物

进口受污染植物的可能性促使挪威在2018年禁止从欧洲经济区以外的CWD阳性地区进口干草和秸秆作为动物饲料。

该法规规定,干草和秸秆必须附有制造商确认产品已储存至少 2 个月,并且在过去 2 年内不是从使用动物粪便肥料的农场收获的,以及监管兽医证明该产品不是来自 CWD 阳性地区。

挪威食品安全局(Norwegian Food Safety Authority)的兽医克里斯汀·鲁德·阿尔夫塞克(Kristin Ruud Alvseike)表示,禁令背后的主要担忧是CWD从北美传播到挪威的鹿科动物,而不是非鹿科动物和人类。

“我们的目标是限制这种疾病,或者如果可能的话,根除它,”她说。“对干草和秸秆的监管是我们在这个问题上实施的众多要素之一。

她补充说,挪威的流行病学情况与美国有很大不同。“我们的第一例病例是在2016年发现的;从那时起,我们已经发现了21例传染性CWD病例,所有这些都发生在野生驯鹿身上,“她说。“上一个案例是在 2022 年。这表明我们正处于疾病的早期阶段。

没有证据表明植物中的朊病毒会感染鹿

但是,虽然鹿或非鹿科动物(如人)有可能在受污染的植物中暴露于朊病毒,但没有感染的证据,而且防止人畜共患传播的CWD-朊病毒物种屏障被认为在人类中很高。

[CWD] 仍然可以改变。此外,它传播了很多,我们不知道为什么。这是很难控制的。因此,我认为这更危险。

桑德拉·普里茨科夫(Sandra Pritzkow)博士

“其他宿主有可能感染具有较高人畜共患潜力的慢性消耗性疾病,然后可能会发展出一种新的疾病,”Pritzkow说。“这是一个真实的可能性,但目前尚不清楚我们应该如何关注这个潜在的问题。

然而,她说,她认为CWD是最危险的朊病毒疾病,因为它相对较新,对它知之甚少,而且大多数鹿生活在不受控制的环境中。这与痒病形成鲜明对比,搔痒病已经存在了数百年,没有已知的人类感染病例 – 可能是因为物种障碍,因为大多数绵羊和山羊都是饲养在更封闭的环境中的养殖动物。

“[CWD]仍然可以改变,”Pritzkow说。“而且,它传播得很厉害,我们不知道为什么。这是很难控制的。因此,我认为这更危险。

Lichtenberg还对CWD在野外传播得如此之快感到好奇,因为鹿不吃其他鹿,而且它们在环境中的间隔相当大。“它的想法是,既可能存在动物之间的直接传播,也可能发生一种间接传播形式,”他说。

两只驯鹿
大卫·斯坦利 / Flickr cc

虽然啮齿动物通过摄入植物实验感染了朊病毒,但从未证明鹿等动物可以通过这种方式感染。“小鼠与鹿的消化生理学之间存在一些相当大的差异,这可能会从根本上影响植物的疾病传播,”Lichtenberg说。

然而,可能的物种溢出值得谨慎和进一步调查。“需要非常非常小的[朊病毒]剂量才能使脆弱的鹿生病,”他说。“现在,我想说我们可以谨慎乐观地认为这不太可能发生,但这并不意味着它不会发生,”他说。

约翰逊说,专家们一直担心食腐动物和其他捕食者从受感染的鹿身上获得CWD。“可能被朊病毒污染的植物被各种动物食用,因此可能代表了其他非目标动物可能感染疾病的新途径,”他说。

植物可能是比放牧动物也吃的土壤更重要的CWD暴露方式。“但是他们吃的植物要多得多,所以如果这些植物受到污染,这是一条更直接的途径,它们将自己暴露在潜在的更具传染性的病原体中,”约翰逊说。

许多未知数,研究途径

克赖顿大学医学微生物学和免疫学系教授兼系主任Jason Bartz表示,不同的CWD菌株可以以不同的亲和力与土壤结合,朊病毒的风化既取决于土壤,也取决于菌株。

“这如何改变或影响CWD菌株分布的生物学?”Bartz说,他也是CIDRAP CWD应急计划工作组的联合主席。“我们知道,不同的朊病毒株可能具有不同的致病机制、趋向性和人畜共患病潜力,因此所有这些都对我们如何管理这种疾病产生了相当大的影响。

但他说,还有很多未知数,包括现有的CWD菌株的数量,并指出,对菌株没有普遍的定义,也没有使一种菌株与另一种菌株不同的原因。

利希滕贝格说,关于植物朊病毒吸收的研究仍处于起步阶段。“这在技术上具有挑战性,因为它涉及将许多不同的领域混合在一起,”他说。“你需要植物生理学、动物饲养和一般朊病毒工作方面的专家,这在某种程度上是罕见的。

约翰逊说,未来的研究应该检查反刍动物消化系统中的朊病毒摄取,无论是通过使用模拟系统还是在安全的农业环境中的反刍动物中。其他感兴趣的途径包括吸收动力学、朊病毒在植物中持续多长时间以及朊病毒在花粉和果实中的积累。

Plants can take up CWD-causing prions from soil in the lab. What happens if they are eaten? | CIDRAP (umn.edu)

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