Исследования предлагают ключи к разгадке того, как SARS-CoV-2 проникает в респираторные ткани и использует нашу защиту.

Что делает SARS-CoV-2, вирус, стоящий за COVID-19, такая угроза? Новое исследование, во главе с Хосе Ордовас-Монтанесом, Кандидат наук. в Бостонской детской больнице и Алекс К. Шалек, Кандидат наук. в Массачусетском технологическом институте, определяет вероятные типы клеток, которые заражает вирус. Неожиданно, это также показывает, что одна из основных защит организма от вирусных инфекций может действительно помочь вирусу заразить эти самые клетки. Результаты опубликованы в журнале 21 апреля. Клетка .

Рецензируемое исследование, опубликовано в виде препринта, поможет сосредоточить усилия, чтобы понять, что SARS-COV-2 делает в организме, почему некоторые люди более восприимчивы, и как лучше всего искать методы лечения, говорят исследователи.

Множественные исследовательские модели

Когда появились новости о новом коронавирусе в Китае, Ордовас-Монтанес и Шалек уже изучали различные типы клеток дыхательной системы и кишечника человека. Они также собрали данные от приматов и мышей.

В феврале, они начали копаться в этих данных.

<цитата>

Мы начали изучать клетки таких тканей, как слизистая носовой полости, легкие, и кишка, на основании зарегистрированных симптомов и места обнаружения вируса. Мы хотели предоставить максимально возможную информацию по всему спектру наших исследовательских моделей ».

Хосе Ордовас-Монтанес, Кандидат наук. в Бостонской детской больнице

Клетки, чувствительные к COVID-19

Недавние исследования показали, что SARS-CoV-2, как и тесно связанный с ним SARS-CoV, вызвавший пандемию SARS, использует рецептор под названием ACE2 для проникновения в клетки человека, с помощью фермента под названием TMPRSS2. Это заставило Ордоваса-Монтанеса, Шалека и его коллег задать простой вопрос:какие клетки респираторной и кишечной ткани экспрессируют и ACE2, и TMPRSS2?

Чтобы ответить на этот вопрос, команда обратилась к секвенированию одноклеточной РНК, который определяет, какой из примерно 20, 000 генов включены в отдельные клетки. Они обнаружили, что лишь крошечный процент респираторных и кишечных клеток человека, часто значительно ниже 10 процентов, сделайте и ACE2, и TMPRSS2. Эти клетки делятся на три типа:бокаловидные клетки носа, выделяющие слизь; клетки легких, известные как пневмоциты типа II, которые помогают поддерживать альвеолы ​​(мешочки, в которые поступает кислород); и один тип так называемых энтероцитов, выстилающих тонкий кишечник и участвующих в абсорбции питательных веществ.

Отбор образцов у приматов, кроме человека, показал аналогичную картину восприимчивых клеток.

"Многие существующие линии респираторных клеток могут не содержать полного набора типов клеток, и может пропустить релевантные типы, "Ордовас-Монтанес отмечает." Как только вы поймете, какие клетки инфицированы, вы можете начать спрашивать, «Как работают эти клетки?» «Есть ли в этих клетках что-нибудь критическое для жизненного цикла вируса?» С более совершенными сотовыми моделями, мы можем лучше проверять, какие существующие лекарства нацелены на эту биологию, обеспечивая ступеньку для попадания в мышей или нечеловеческих приматов ».

Интерферон:полезно или вредно?

Но это был второй вывод исследования, который больше всего заинтриговал ученых. Они обнаружили, что ген ACE2, который кодирует рецептор, используемый SARS-CoV-2 для проникновения в клетки человека, стимулируется интерфероном - одной из основных защит организма при обнаружении вируса. Интерферон фактически активировал ген ACE2 на более высоких уровнях, потенциально давая вирусу возможность проникнуть в новые порталы.

«ACE2 также имеет решающее значение для защиты людей при различных типах травм легких, - отмечает Ордовас-Монтанес. - Когда появляется ACE2, обычно это продуктивный ответ. Но поскольку вирус использует ACE2 в качестве цели, мы предполагаем, что он мог использовать эту нормальную защитную реакцию ".

Интерфероны, по факту, проходят испытания в качестве лекарства от COVID-19. Помогут ли они, Или они принесут больше вреда, чем пользы? Это еще не ясно.

"Возможно, у некоторых пациентов из-за времени или дозы, интерферон может содержать вирус, в то время как в других, интерферон способствует большему заражению, "говорит Ордовас-Монтанес." Мы хотим лучше понять, где находится баланс, и как мы можем поддерживать продуктивный противовирусный ответ, не производя больше клеток-мишеней для заражения вирусом ».

Ингибиторы АПФ и цитокиновые бури

Полученные данные могут также вызвать новые направления исследований в отношении ингибиторов АПФ. Эти препараты обычно используются для лечения гипертонии, что было связано с более тяжелым заболеванием COVID-19. Влияют ли ингибиторы АПФ на риск для людей?

"ACE и ACE2 действуют одним и тем же путем, но на самом деле они обладают разными биохимическими свойствами, - предостерегает Ордовас-Монтанес. - Это сложная биология, но будет важно понять влияние ингибиторов АПФ на физиологическую реакцию людей на вирус ».

Также слишком рано пытаться связать результаты исследования с «цитокиновым штормом», «неуправляемая воспалительная реакция, о которой сообщалось у очень больных COVID-19. Цитокины - это семейство химических веществ, которые активизируют иммунные реакции организма для борьбы с инфекциями, а интерферон - часть семьи.

"Возможно, мы наблюдаем цитокиновый шторм из-за неспособности интерферона ограничить распространение вируса с самого начала, так что легкие начинают звать на помощь. Это именно то, что мы пытаемся понять прямо сейчас ».

Будущие направления

Команда также хочет изучить, что вирус делает в клетках, на которые он нацелен. а также изучить образцы тканей детей и взрослых, чтобы понять, почему COVID-19 обычно менее серьезен у молодых людей. Учеба будет продолжена в Boston Children's при поддержке Бенджамина Раби, Доктор медицины, МИЛЬ В ЧАС, заведующий отделением легочной медицины, Брюс Хорвиц, Доктор медицины, Кандидат наук., в неотложной медицине, и Скотт Снаппер, Доктор медицины, Кандидат наук, заведующий гастроэнтерологией.

Карли Зиглер, Сэмюэл Аллон, и Сара Найквист, Массачусетского технологического института и Гарварда, и Ян Мбано из Африканского научно-исследовательского института здравоохранения были соавторами статьи в Клетка . Исследование было проведено в сотрудничестве с группой Human Cell Atlas (HCA) Lung Biological Network. Авторы сообщают об отсутствии конкурирующих интересов. См. Документ для получения полного списка спонсоров и авторов.

"Это были невероятные усилия сообщества - не только в Бостоне, но также и с сотрудниками по всему миру, которые все поделились своими неопубликованными данными, чтобы попытаться как можно быстрее сделать потенциально релевантную информацию доступной, "говорит Шалек, который был соавтором этой статьи вместе с Ордовас-Монтанес. «Приятно видеть, как много можно сделать, если все объединятся для решения проблемы».

• Исследования микробиома сладкого картофеля - важный шаг к увеличению урожайности.
• Ограничительная политика в области здравоохранения может отсрочить диагностику и лечение туберкулеза.