Queste differenze del microbioma possono aiutare a spiegare perché gli individui e gli uomini più anziani sono più suscettibili allo sviluppo della malattia da coronavirus 19 (COVID-19), rispetto ai giovani e alle donne, dice la squadra.
Rob Knight (Università della California, San Diego) e colleghi affermano che lo studio fornisce prove che il microbioma umano media l'infettività di SARS-CoV-2 modificando uno spesso strato che circonda la membrana plasmatica dell'ospite chiamato glicocalice.
I ricercatori suggeriscono che la comprensione dei cambiamenti nella composizione delle comunità microbiche ospiti potrebbe aiutare a migliorare la stratificazione del rischio dei pazienti e i potenziali approcci alla prevenzione e al trattamento.
Una versione prestampata dell'articolo è disponibile nel server bioRxiv* , mentre l'articolo è sottoposto a revisione paritaria.
Il glicocalice è costituito da una ricca rete di glicani e glicoconiugati a cui si legano molti agenti patogeni virali per passare attraverso lo strato protettivo di glicocalice e attaccarsi ai recettori proteici sulla membrana plasmatica della cellula ospite.
Nel caso di SARS-CoV-2, una proteina di superficie virale chiamata "spike" prende di mira un glicosaminoglicano (GAG) chiamato eparan solfato (HS). Il virus richiede l'attaccamento all'HS per legare l'enzima di conversione dell'angiotensina 2 (ACE2) del recettore della superficie della cellula ospite, che consente l'adesione della membrana virale e l'ingresso della cellula ospite.
"Ridurre l'interazione tra la proteina spike SARS-CoV-2 e l'HS della cellula ospite è, perciò, un approccio interessante per ridurre l'attracco virale e la successiva infezione, ” scrivono Cavaliere e squadra.
È noto che diversi taxa batterici producono enzimi che modificano alcuni tipi di GAG, compreso SA, e molte ricerche sui GAG sono state avanzate utilizzando enzimi batterici purificati.
Ora, Knight e colleghi hanno sviluppato un modello computazionale del catabolismo dell'HS per valutare la capacità dei microbi umani di degradare l'HS.
Il team ha scoperto che i genomi dei comuni batteri commensali associati all'uomo codificano enzimi che degradano l'HS.
La presenza di questi batteri che modificano l'HS era inferiore nei campioni di liquido di lavaggio broncoalveolare (BALF) prelevati da pazienti con COVID-19 rispetto ai campioni prelevati da controlli sani.
I ricercatori hanno anche scoperto che in due set di dati indipendenti sul microbioma intestinale, i livelli di batteri che modificano l'HS sono stati ridotti con l'aumentare dell'età e aumentati nelle femmine rispetto ai maschi.
L'età avanzata e il sesso maschile sono entrambi noti fattori di rischio non modificabili per lo sviluppo di COVID-19 a seguito dell'infezione da SARS-CoV-2, e questa scoperta può aiutare a spiegare questa maggiore suscettibilità, dice la squadra.
Dati BALF RNA-seq confrontati tra gli studi. Studi RNA-seq (assi x) confrontati con rapporti logaritmici (assi y) di specie modificanti HS previste rispetto a specie non modificanti HS (A), HSase relativo al set di pulizie (B), e N-acetilglucosamina-6-O-solfatasi rispetto al set di pulizia (C). Finalmente, il team ha dimostrato che i commensali modificanti l'HS erano in grado di prevenire il legame della proteina spike SARS-CoV-2 alle cellule ospiti.
“Forniamo prove per un ruolo del microbioma umano nella mediazione dell'infettività SARS-CoV-2 attraverso la modifica del glicocalice ospite, ” scrivono Knight e colleghi. “I batteri che modificano l'HS nelle comunità microbiche umane possono regolare l'adesione virale, e la perdita di questi commensali potrebbe predisporre gli individui all'infezione”.
Sebbene l'esatto meccanismo di protezione sottostante non sia ancora noto, i ceppi Bacteroide Bacteroides ovatus e Bacteroides thetaiotaomicron , che sono altamente prevalenti nei batteri intestinali umani, è stato precedentemente dimostrato che catabolizzano l'HS, dicono i ricercatori.
Infatti, la squadra ha continuato a dimostrarlo in vitro trattamento delle cellule polmonari umane H1299 con B. ovatus e B. thetaiotaomicron HS catabolizzato sulla superficie cellulare e ridotto legame proteico SARS-CoV-2 da 20 a 30 volte, rispetto alle cellule H1299 non trattate.
Le specie di batteri che codificano l'eparan solfato (HS) liasi (HSase) sono esaurite nei pazienti COVID rispetto ai controlli. Dati BALF RNA-seq da soggetti sani (controllo) e pazienti COVID-19 (COVID) (assi x) confrontati con rapporti logaritmici (assi y) di specie modificanti HS previste rispetto a non modificanti HS (A), HSase relativo al set di pulizie (B), e N-acetilglucosamina-6-O-solfatasi rispetto al set di pulizia (C). La significatività è stata valutata mediante un test t e le barre di errore rappresentano l'errore standard della media. I valori di p presentati provengono da un test t a due code spaiato. “Questo rapporto fornisce prove del ruolo delle interazioni glicocalice-microbiota come nuovo meccanismo competitivo nella lotta contro SARS-CoV-2, ” scrivono i ricercatori.
Dicono che sia necessario ulteriore lavoro per chiarire le implicazioni traslazionali dei risultati poiché non è chiaro quali particolari enzimi microbici degradano i GAG per prevenire il legame SARS-CoV-2. Inoltre, non è chiaro se questi enzimi possano essere utilizzati per limitare la diffusione virale durante un'infezione attiva.
Tuttavia, “Le analisi qui presentate descrivono un meccanismo chiave attraverso il quale i microbiomi dell'ospite potrebbero svolgere un ruolo nell'infezione da SARS-CoV-2, fornire una potenziale spiegazione per le disparità di salute tra i gruppi di età nella malattia COVID-19 ed evidenziare l'importanza di caratterizzare la potenziale futura corsa agli armamenti molecolari tra esseri umani e virus, “dicono i ricercatori.
"L'esplorazione della vasta interazione tra microbi ospite e infezione virale potrebbe consentire una migliore stratificazione del rischio, prevenzione, e intervento, ” concludono.
bioRxiv pubblica rapporti scientifici preliminari non sottoposti a revisione paritaria e, perciò, non deve essere considerato conclusivo, guidare la pratica clinica/comportamento relativo alla salute, o trattati come informazioni stabilite.
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