Dlaczego COVID-19 jest aż tak zakaźny?

Źródłem pandemii COVID-19 jest (beta-) koronawirus wykazujący duże podobieństwo do izolatów wirusowych pochodzących od dziko żyjących nietoperzy. Zbieżność pierwszych zakażeń zarejestrowanych w chińskim Wuhan z lokalizacją Instytutu Wirologii w tym mieście stała się źródłem spekulacji co do zdarzeń poprzedzających pierwsze zakażenia człowieka wirusem SARS-Cov-2. Pomijając różne niepotwierdzone teorie, faktem jest, że inne koronawirusy, np. OC43, HKU1 lub NL63 są przyczyną do 20% sezonowych zakażeń dróg oddechowych, klinicznie nieodróżnialnych od innych wirusowych nieżytów popularnie nazywanych przeziębieniami. Jedynie dwa inne koronawirusy: SARS-CoV-1 i MERS powodują zakażenia o ciężkim przebiegu i dużej śmiertelności.

Zachorowania na SARS i MERS nadal występują, mają jednak ograniczony zasięg geograficzny i łączna liczba chorych, licząc od ich pojawienia się w 2002 i 2012 roku, nie przekroczyła 10 tysięcy.

Ciężki przebieg zakażenia SARS-CoV-2 stanowi podstawowy problem terapeutyczny, chociaż statystycznie stwierdza się go w COVID-19 wielokrotnie rzadziej niż w endemicznych SARS i MERS. Jednak przy liczbie chorych na COVID-19 i braku leczenia przyczynowego właśnie śmiertelność jest podstawowym problemem.

A może nietoperze w toku ewolucji nabyły cechy genetyczne pozwalające tolerować obecność koronawirusów? Większość ludzkich koronawirusów ma swoich przodków przenoszonych przez te zwierzęta.

Podpowiedzią w naukowych poszukiwaniach były opublikowane w 2014 roku wyniki sekwencjonowania genomu tych ssaków ujawniające, że wyróżnia je ponad 100 cząsteczek mikroRNA nieobecnych u innych gatunków kręgowców. MikroRNA są kodowane przez geny jako prekursorowe RNA i nie ulegają translacji do białek. Po przedostaniu się do cytoplazmy komórki i skróceniu do 22-24 nukleotydów stanowią swoisty celownik dla dedykowanej RNAzy, która może albo zdegradować transkrypty genów, uniemożliwiając ich przepisanie na polipeptydy albo przynajmniej zablokować proces translacji.

Obecność mikroRNA w komórce podlega takiej samej kontroli jak obecność białek. Niektóre są swoiste tylko dla wybranych typów komórek i tkanek, ale ich geny są obecne w każdej komórce. Są prawie takie same u człowieka jak u myszy, niektóre nie się różnią od tych obecnych u robaków obłych, występują również w roślinach.

Pojawienie się nowych cząsteczek mikroRNA – swoistych dla nietoperzy, które przenoszą i tolerują poza koronawirusami również wściekliznę i hantawirusa – oznaczałoby adaptację do obecności patogenu. Dzięki mikroRNA może być blokowana translacja tych i może innych jeszcze wirusów, albo ich namnażanie może być ograniczone.

W pracy posłużono się analizami porównawczymi sekwencji nukleotydowych siedmiu koronawirusów, by sprawdzić, czy są w nich miejsca rozpoznawane przez mikroRNA człowieka. W analizach sprawdzono prawie 900 ludzkich cząsteczek mikroRNA.

Okazało się, że SARS-CoV-2 ma aż 28 miejsc sekwencji mogących wiązać mikroRNA człowieka, nie występują one w innych koronawirusach. Natomiast trzy patogenne koronawirusy mają też wspólne sekwencje w liczbie ponad dwudziestu, niespotykane w koronawirusach powodujących u człowieka przeziębienie.

Interpretując te wyniki, należało sprawdzić dwie możliwości. Jeżeli zakażenia pospolitymi koronawirusami przebiegają łagodnie, to może komórki układu oddechowego mają dostatecznie dużo cząsteczek mikroRNA degradujących RNA wirusa.

Posługując się danymi z sekwencjonowania RNA komórek nabłonka oddechowego, na których eksperymenty prowadzone były w Krakowie i Gdańsku, nie udało się wykazać różnicy w ekspresji cząsteczek mikroRNA pasujących do sekwencji koronawirusów patogennych, tych pospolitych.

Inne wyjaśnienie różnic w występowaniu docelowych sekwencji mikroRNA w genomie koronawirusów okazało się bardziej prawdopodobne. Cząsteczki mikroRNA łącznie stanowią około 0,01% całkowitego RNA komórki. Podczas aktywnej replikacji wirusowe RNA może zajmować aż 50% całkowitego RNA komórki. Po uwzględnieniu różnicy wielkości genomu wirusa i cząsteczki mikroRNA stwarza to proporcje umożliwiające wiązanie komórkowego mikroRNA przez syntezowane cząsteczki genomu wirusa. Zjawisko to nazywane jest molekularną gąbką i zostało wcześniej opisane jako sposób regulacji ekspresji genów.

Warto było sprawdzić, jakie są skutki na komórkę nabłonka oddechowego mikroRNA, których niedobór pojawia się po zakażeniu wirusem SARS-CoV-2. Są wśród nich mikroRNA, których zaburzenia opisano w mukowiscydozie i przewlekłej obturacyjnej chorobie płuc. Są również takie, które regulują apoptozę komórek i cykl komórkowy raka płuca.

Powyższy scenariusz przeprogramowania nabłonka oddechowego przez wychwyt jego mikroRNA wspiera również analiza szlaków metabolicznych komórki, które są regulowane przez te cząsteczki. W przypadku COVID-19 takich szlaków jest kilka, w przypadku niepatogennych tylko jeden. Wśród tych kilku charakterystycznych dla SARS-CoV-2, znaczenie dla zakaźności wirusowej mają zablokowanie apoptozy w komórce z replikującym wirusem oraz dostateczna dostępność błon siateczki śródplazmatycznej, w którą wirus się pakuje, by dalej zakażać.

 Omawiana publikacja ukazała się w kategorii Perspective, jako że wyniki sekwencjonowania podane zostały analizie in silico. Możliwości badań molekularnych na materiale klinicznym pochodzącym od chorych na COVID-19 są ograniczone, szczególnie w przypadku posługiwania się zakaźnymi izolatami z układu oddechowego. Weryfikacja przedstawionych hipotez dotyczących przyczyn wirulencji SARS-CoV-2 na jest jednak możliwa i prace są kontynuowane w zespołach Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego, Uniwersytetu Alabamy w Birmingham i Uniwersytetu Jagiellońskiego – Collegium Medicum.

Tekst publikacji: SARS-CoV-2 may regulate cellular responses through depletion of specific host miRNAs

Czy awans społeczny może zmniejszyć ryzyko sercowo-naczyniowe?

5 grudnia 2022

Ta niejednoznaczność dotyczy choćby szacowania całkowitego ryzyka wystąpienia...

Więcej »

Analiza twitterowej debaty o obowiązku szczepień na COVID-19

26 lipca 2022

Wysiłki Polski w walce z COVID-19 utrudnione były przez powszechność...

Więcej »

Wyniki pierwszych w Polsce badań dotyczących zależności między dietą a ryzykiem zachorowania na COVID-19

22 lutego 2022

Wiele składników pokarmowych odgrywa kluczową rolę we wspieraniu...

Więcej »