Multilayer networks assisting to untangle direct and indirect pathogen transmission in bats

ABSTRACT

The importance of species that connect the different types of interactions is becoming increasingly recognized, and this role may be related to specific attributes of these species. Multilayer networks have two or more layers, which represent different types of interactions, for example, between different parasites and hosts that are nonetheless connected. The understanding of the ecological relationship between bats, ectoparasites, and vector-borne bacteria could shed some light on the complex transmission cycles of these pathogens. In this study, we investigated a multilayer network in Brazil formed by interactions between bat-bacteria, bat-ectoparasite, and ectoparasite-bacteria, and asked how these interactions overlap considering different groups and transmission modes. The multilayer network was composed of 31 nodes (12 bat species, 14 ectoparasite species, and five bacteria genera) and 334 links, distributed over three layers. The multilayer network has low modularity and shows a core-periphery organization, that is, composed of a few generalist species with many interactions and many specialist species participating in few interactions in the multilayer network. The three layers were needed to accurately describe the multilayer structure, while aggregation leads to loss of information. Our findings also demonstrated that the multilayer network is influenced by a specific set of species that can easily be connected to the behavior, life cycle, and type of existing interactions of these species. Four bat species (Artibeus lituratus, A. planirostris, Phyllostomus discolor, and Platyrrhinus lineatus), one ectoparasite species (Steatonyssus) and three bacteria genera (Ehrlichia, hemotropic Mycoplasma and Neorickettsia) are the most important species for the multilayer network structure. Finally, our study brings an ecological perspective under a multilayer network approach on the interactions between bats, ectoparasites, and pathogens. By using a multilayer approach (different types of interactions), it was possible to better understand these different ecological interactions and how they affect each other, advancing our knowledge on the role of bats and ectoparasites as potential pathogen vectors and reservoirs, as well as the modes of transmission of these pathogens.

RESUMO

A importância das espécies que conectam os diferentes tipos de interações é cada vez mais reconhecida, e esse papel pode estar relacionado a atributos específicos dessas espécies. As redes multicamadas têm duas ou mais camadas, que representam diferentes tipos de interações, por exemplo, entre diferentes parasitas e hospedeiros que, no entanto, estão conectados. A compreensão da relação ecológica entre morcegos, ectoparasitas e bactérias transmitidas por vetores pode lançar alguma luz sobre os complexos ciclos de transmissão desses patógenos. Neste estudo, investigamos uma rede multicamadas no Brasil formada por interações entre morcego-bactéria, morcego-ectoparasita e ectoparasita-bactéria, e perguntamos como essas interações se sobrepõem considerando diferentes grupos e modos de transmissão. A rede multicamada foi composta por 31 nós (12 espécies de morcegos, 14 espécies de ectoparasitas e cinco gêneros de bactérias) e 334 links, distribuídos em três camadas. A rede multicamadas possui baixa modularidade e apresenta uma organização núcleo-periferia, ou seja, composta por poucas espécies generalistas com muitas interações e muitas espécies especialistas participando de poucas interações na rede multicamadas. As três camadas foram necessárias para descrever com precisão a estrutura multicamadas, enquanto a agregação leva à perda de informações. Nossas descobertas também demonstraram que a rede multicamada é influenciada por um conjunto específico de espécies que podem ser facilmente conectadas ao comportamento, ciclo de vida e tipo de interações existentes dessas espécies. Quatro espécies de morcegos (Artibeus lituratus, A. planirostris, Phyllostomus discolor e Platyrrhinus lineatus), uma espécie de ectoparasita (Steatonyssus) e três gêneros de bactérias (Ehrlichia, hemotrópico Mycoplasma e Neorickettsia) são as espécies mais importantes para a estrutura da rede multicamada. Por fim, nosso estudo traz uma perspectiva ecológica sob uma abordagem de rede multicamadas sobre as interações entre morcegos, ectoparasitas e patógenos. Usando uma abordagem multicamadas (diferentes tipos de interações), foi possível entender melhor essas diferentes interações ecológicas e como elas afetam umas às outras, avançando nosso conhecimento sobre o papel de morcegos e ectoparasitas como potenciais vetores e reservatórios de patógenos, bem como a modos de transmissão desses patógenos.