Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

23 kwietnia (2020) w czasopiśmie “Nature Medicine” ukazała się pierwsza publikacja zespołu Lung Biological Network, który jest projektem realizowanym przez wielkie, międzynarodowe konsorcjum naukowców Human Cell Atlas (HCA). Autorzy, przedstawiciele kilku europejskich uczelni i instytutów badawczych, pokazują tam, które komórki są w naszym układzie oddechowym są szczególnie wrażliwe na koronawirusa SARS-CoV-2, a tym samym mogą tworzyć „ścieżkę”, którą wirus dostaje się do naszego organizmu i zasiedla nasze płuca. Okazuje się, że dwa białka, które poddają się wirusowi znajdują się w jamie nosa, co każe przypuszczać że właśnie tą drogą wirus dostaje się do naszego organizmu najłatwiej. Jedno z białek aktywuje się też w oku, w kanalikach łzowych – tamtędy także SARS-CoV-2 może więc rozpocząć podróż do płuc.

Nowy koronawirus

Choroba wywoływana przez nowego koronawirusa SARS-CoV-2 – COVID-19 – oddziałuje na płuca i drogi oddechowe. Symptomy mogą przypominać te, które wywołuje grypa, w tym gorączkę, kaszel i ból gardła, ale u niektórych osób może nie być żadnych objawów, a jednak dalej będą one przenosić wirusa. W najgorszym przypadku wirus wywołuje ciężkie zapalenie płuc, które prowadzić może nawet do śmierci. Uważa się, że wirus rozprzestrzenia się drogą kropelkową, kiedy zarażona osoba kaszle lub kicha i może przenosić się też za pośrednictwem powierzchni zewnętrznych, na które dostaną się wirusy.

Jednym z najpoważniejszych zadań, jakie stawiają przed sobą naukowcy badający działanie SARS-CoV-2 jest ustalenie, jak wirus się rozprzestrzenia, żeby temu zapobiec i przygotować lekarstwo powstrzymujące wirusa. Dotąd określono, że do zainfekowania naszych komórek wirus posługuje się podobnym mechanizmem co „spokrewniony z nim” SARS z 2003 roku. Nie zdołano jednak określić, jaki konkretnie typ komórek w nosie bierze udział w tym mechanizmie.

Żeby to sprawdzić, badacze sięgnęli po dane z Human Cell Atlas dotyczące jednokomórkowego sekwencjonowania RNA z ponad 20 różnych tkanek osób niezainfekowanych. Przyjrzano się komórkom z płuc, komory nosa, oczu, żołądka, serca, nerki i wątroby. Badacze sprawdzali, w której z komórek następuje ekspresja obu kluczowych białek, które SARS-CoV-2 wykorzystuje do infekowania komórek.

– Ustaliliśmy, że ekspresja białka repceptorowego ACE2 oraz proteazy serynowej produkowanej przez gen TMPRSS2, czyli białek, które mogą wprowadzić SARS-CoV-2 do naszego organizmu, odbywa się w komórkach różnych organów, w tym wewnętrznej jamy nosa – mówi dr Waradon Sungnak z Wellcome Sanger Institute, piewszy autor publikacji. – Odkryliśmy, że komórki kubkowe wytwarzające śluz i komórki rzęskowe w nosie mają najwyższy poziom tych przyjaznych COVD-19 białek w całym układzie oddechowym. To znaczy, że właśnie te komórki są najbardziej prawdopodobnym miejscem wstępnej infekcji koronawirusa.

– Po raz pierwszy konkretne komórki w nosie zostały powiązane z COVID-19 – relacjonują w imieniu grupy HCA Lung Biological Network dr Martijn Nawijn i Maarten van den Berge z University Medical Center Groningen (Holandia). – Jest wiele czynników powiązanych z transmisją wirusa, ale to, co odkryliśmy jest bezpośrednio związane z szybką drogą infekcji wirusa. Lokalizacja tych komórek na powierzchni wewnętrznej części nosa sprawia, że są łatwo dostępne dla wirusa i równocześnie mogą też brać udział w transmisji wirusa do kolejnych ludzi.

Dwa kluczowe białka zostały też znalezione w komórkach rogówki oka i w jelicie. To oznacza, że – tak jak przypuszczano – może istnieć także droga infekcji poprzez kanaliki łzowe w oczach i to wyjaśnia również potencjalną możliwość transmisji fekalno-oralnej. Kiedy wirus zamiast do płuc dostanie się do układu pokarmowego co prawda nie szkodzi zwykle zakażonemu, ale wydostaje się z niego drogą pokarmową w formie gotowej do dalszych zarażeń.

Human Cell Atlas

Praca jest częścią globalnego projektu-konsorcjum “Human Cell Atlas” (HCA), którego celem jest stworzenie mapy referencyjnej wszystkich komórek człowieka. W społeczność HCA zaangażowanych jest ponad 1600 naukowców z 70 różnych krajów, a wszystkie wyniki badań są dostępne w otwartych publikacjach.

Mimo, że nauka od 150 lat opisuje ich struktury, funkcje i umiejscowienie, to dopiero zaawansowane metody eksperymentalne i obliczeniowe – połączenie osiągnięć genetyki i uczenia się maszynowego – otwierają drogę do zrozumienia tego, jak nasz organizm działa na poziomie komórkowym, żeby utrzymać funkcje życiowe i co się z nim dzieje kiedy chorujemy. W ramach HCA działa właśnie Lung Biological Network, której celem jest określenie które komórki i w jaki sposób działają podczas infekcji COVID-19.

Źródło badań: Sungnak, W., Huang, N., Bécavin, C. et al. SARS-CoV-2 entry factors are highly expressed in nasal epithelial cells together with innate immune genes. Nat Med (2020). https://doi.org/10.1038/s41591-020-0868-6

Opracowano na podstawie artykułu Key nose cells identified as likely COVID-19 virus entry points, opublikoawnego na portalu Uniwersytetu w Groningen, a także informacji zawartych na stronach projektu Human Cell Atlas.